一、配料
原料是制備壓電陶瓷的基礎(chǔ)。對于PZT來說它的主要原料為Pb3O4、ZrO2、TiO2。選擇原料一般應(yīng)注意其化學(xué)組成和物理狀態(tài)。
1原料的純度
對純度的要求應(yīng)適度。高純原料，價格昂貴，燒結(jié)溫度高，溫區(qū)窄。純度稍低的原料，其中有的雜質(zhì)可起礦化和助熔的作用，反而使燒結(jié)溫度降低，溫區(qū)增寬。但過低純度原料雜質(zhì)較多，不宜采用。
2雜質(zhì)的利用
1)雜質(zhì)的類型
①有害雜質(zhì) 對材料絕緣、介電性等影響極大的雜質(zhì)，特別是異價離子，如B、C、P、S、Al等，越少越好。
②有利雜質(zhì) 與材料A位(Pb2+)、B位(Zr4+,Ti4+)離子電價相同、半徑接近，能形成置換固溶的雜質(zhì)。如Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mg2+、Sn4+、Hf4+等離子，一般在0.2~0.5%范圍內(nèi)，壞的影響不大，甚至有利。
2)摻雜的改性
在PZT配方中，比例大的原料Pb3O4、ZrO2、TiO2分別占重量比的60%、20%和18%左右，若雜質(zhì)多，引入雜質(zhì)總量也多。因此，要求雜質(zhì)總含量均不超過2%，即要求純度均在98%以上。
為了滿足不同的使用目的，我們需要具有各種性能的PZT壓電陶瓷，為此我們可以添加不同的離子來取代A位的Pb2+離子或B位的Zr4+,Ti4+離子，從而改進材料的性能。
等價取代：是指用Ca2+、Sr2+、Mg2+ 等半徑較 Pb2+ 離子小的二價離子取代Pb2+ 離子，結(jié)果使PZT陶瓷的介電常數(shù)ε增大↑，機電耦合系數(shù)KP增大↑,壓電常數(shù)d增大↑ ,從而提高PZT瓷的壓電性能。
易價取代：軟性取代改性、硬性取代改性、其他。
軟性取代改性：是指在原料中加入這些添加物后能使矯頑場強EC 減小↓ ，極化容易，因而在電場或應(yīng)力作用下，材料性質(zhì)變“軟”。(燒成后的瓷體成黃色)
（a）La3+ 、Bi3+、Sb3+ 等取代A位Pb+2離子(施主摻雜)；
（b）Nb5+、Ta5+、Sb5+、W6+等取代B位的Zr4+、Ti4+離子(施主摻雜)。
經(jīng)軟性取代改性后的PZT瓷性能有如下變化：矯頑場強EC 減小↓，機械品質(zhì)因數(shù)Qm減小↓；介電常數(shù)ε增加↑，介電損耗tanδ增加↑,機電耦合系數(shù)KP增加↑, 抗老化性增加↑ ，絕緣電阻率ρ增加↑。
硬性取代改性：是指加入這些添加物后能使矯頑場強EC 增加↑，極化變難，因而在電場或應(yīng)力作用下，材料性質(zhì)變“硬”。(燒成后的瓷體成黑色)
（a） K+，Na+等取代A位Pb+2離子（受主摻雜）；
（b） Fe2+、Co2+、Mn2+(或Fe3+、Co3+、Mn3+)、Ni2+、Mg2+、Al3+、Cr3+等取代B位的Zr4+、Ti4+離子(受主摻雜)。
經(jīng)軟性取代改性后的PZT瓷性能有如下變化：矯頑場強EC增加↑，機械品質(zhì)因數(shù)Qm增加↑；介電常數(shù)ε減小↓，介電損耗tanδ減小↓,機電耦合系數(shù)KP減小↓, 抗老化性降低↓ ，絕緣電阻率ρ減小↓ 。
二、預(yù)處理
1混合
混合是將稱量好的原料混合均勻、相互接觸，以利于預(yù)燒時充分的化學(xué)反應(yīng)。
2粉碎
粉碎是將原料進行細化，達到一定的平均粒度和粒度分布，為預(yù)燒創(chuàng)造有利條件。
1)工藝方法
使用球磨機(滾筒式、行星式、攪拌式和振動式等球磨機)，加磨球(鋼球、瑪瑙球、鋯球等)與介質(zhì)(水、酒精等)，對原料進行機械混合或粉碎。
2)工藝原理
磨球靠電動機產(chǎn)生離心力、摩擦力和地心引力的共同作用，形成碰撞、循環(huán)翻動和自轉(zhuǎn)等運動，使介于其中的粉料受到?jīng)_擊和摩擦研磨，從而達到混合與粉碎細化。
三、預(yù)燒
預(yù)燒是通過原料中原子或離子之間在加熱作用下的擴散來完成固相化學(xué)反應(yīng)，生成瓷料的過程。
1預(yù)燒的目的
1）使各原料的固相化學(xué)反應(yīng)充分均勻，生成組成固定的固溶體，形成主晶相。
2）排除原料中的二氧化碳和水分等，減小坯體的燒成收縮、變形，以便于控制產(chǎn)品外形尺寸。
2預(yù)燒的過程
四、造粒
造粒是將合成后的瓷料粉碎后混合粘結(jié)劑(聚乙烯醇PVA)后，制成流動性好的顆粒。把這種顆粒稱為粒料，以示區(qū)別。
常用造粒方法
① 普通手工造粒法
操作簡單，勞動強度大，適用實驗室。
② 加壓造粒法
產(chǎn)量少，效率低，適用實驗室及中批量生產(chǎn)。
③ 噴霧干燥造粒法
制造的顆粒為球狀、流動性好、質(zhì)量好、且產(chǎn)量大、連續(xù)生產(chǎn)、效率高，勞動強度小和條件得到改善。宜于大批量生產(chǎn)，但設(shè)備成本高。
五、成型
成型就是將粒料壓制成所需要的形狀規(guī)格的坯體，并為燒結(jié)創(chuàng)造條件。
坯體成型的方式和方法很多，如干壓成型法、可塑成型法和漿料成型法等，干壓成型目前被廣泛采用。
干壓成型是將經(jīng)過造粒的粒料裝入一定形狀的鋼模內(nèi)，借助于模塞，在一定外力下壓制成坯體。
干壓成型原理：在外力作用下，粒料顆粒在模具內(nèi)相互靠近，并借助內(nèi)部作用力牢固地把各顆粒聯(lián)系起來，成為保持一定形狀的坯體。
干壓成型的效果取決于干壓的壓力，粒料的流動性，模具的平整性。
六、燒成
1排膠
排膠 成型坯體中粘合劑是一種高分子化合物，含碳多，碳在氧氣不足時燃燒產(chǎn)生還原性很強的一氧化碳。一氧化碳奪取PZT中的氧而形成二氧化碳，使金屬氧化物還原為導(dǎo)電的金屬(如Pb)和半導(dǎo)體性質(zhì)的低價氧化物(如Ti2O3)影響陶瓷的顏色、成瓷性、燒銀、極化和最終性能。所以，在燒結(jié)前，必須對坯體進行排膠。
工藝 將坯體裝入透氣性好的耐火槽板中，推入氧氛好的排塑爐內(nèi)，按一定加熱制度排塑。典型例如下：
升溫速度：0—450℃，50℃/h；450—750，150℃/h
最高溫度：750℃（600℃前，微開爐門，600℃關(guān)爐門）
保溫時間：1h
冷卻方式：關(guān)電源隨爐冷卻
2燒結(jié)
燒結(jié)是利用熱能使坯體轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅芴沾傻墓に囘^程。
七、上電極
上電極就是在壓電陶瓷的表面上設(shè)置導(dǎo)電電極，使用的材料主要為Cu、Ag、Ni 、Au等。使用的工藝方法為燒滲、化學(xué)沉積、真空鍍膜等。
上電極的目的就是為了導(dǎo)通和后續(xù)極化。
上電極的最終成效主要主要由兩個因素決定：金屬表面的可焊性和金屬層的附著性。
八、極化
極化的目的：為了使鐵電陶瓷的鐵電疇在外直場作用下，沿電場方向定向排列，顯示極性與壓電效應(yīng)。
極化的條件：極化電壓、溫度、時間。
極化電壓大小(KV)取決于壓電陶瓷的矯頑場EC。一般為EC的2-3倍。一般來說電壓越高極化就越充分。
在極化電場和極化時間一定的條件下，極化溫度高，電疇取向排列較易，利于極化。
極化時間越長，電疇轉(zhuǎn)向排列充分，并有利于極化過程中應(yīng)力的弛豫。
確定極化條件應(yīng)以兼顧壓電性能，提高成品率和節(jié)省時間為原則。不同成分材料，應(yīng)通過實驗，優(yōu)化出最佳極化條件。實用中通過壓電性能來判定極化效果。
極化的方法：硅油極化和空氣極化。
九、老化
極化處理后的壓電陶瓷性能隨存放時間的延長而變化的現(xiàn)象,稱為其性能的老化(ageing)。壓電陶瓷放置的時間越長,總的變化量越大,但變化的速度會逐漸減緩。這個變化是不可逆的,除非其受到新的激勵和干擾(如重新人工極化處理等),否則不會再具有原來水平的性能。
極化處理后的壓電陶瓷性能隨存放時間的延長而變化的現(xiàn)象，稱為其性能的老化(ageing)。壓電陶瓷放置的時間越長，總的變化量越大，但變化的速度會逐漸減緩。這個變化是不可逆的，除非其受到新的激勵和干擾(如重新人工極化處理等)，否則不會再具有原來水平的性能。
改善老化率的途徑：
1、調(diào)整配方組成在保證性能要求前提下,選擇較低的Zr/Ti比的基礎(chǔ)配方,經(jīng)時穩(wěn)定性較好。
2、人工加速老化處理
人工加速老化處理的原因和目的,就是按壓電陶瓷老化率初期大、中期較小、后期小的老化規(guī)律,使其在人為提供的激勵條件下,加快完成初期老化過程,進入老化率小的較穩(wěn)定狀態(tài),以提高在實際使用中的穩(wěn)定性。這類處理有以下幾種方法：熱處理預(yù)老化、弱交流電場處理、放射線輻照處理、控制工藝條件。
十、測試
通過對壓電陶瓷器件進行阻抗測試可得到壓電振子等效電路模型參數(shù)與諧振頻率。通過對壓電陶瓷器件電容值、溫度穩(wěn)定性、絕緣電阻、介質(zhì)耐電壓等電性能參數(shù)進行測量與分析后可知:壓電陶瓷器件電特性符合一般電容器特點,所用連接線材在較低頻率下寄生電容不明顯,在常溫下工作較穩(wěn)定,厚度較厚的產(chǎn)品絕緣性和可靠性指標較好。
目前我國現(xiàn)有的關(guān)于壓電陶瓷材料的測試標準主要有以下:
GB/T 3389-2008壓電陶瓷材料性能測試方法
GB/T 6427-1999壓電陶瓷振子頻率溫度穩(wěn)定性的測試方法
GB/T 16304-1996壓電陶瓷電場應(yīng)變特性測試方法
GB 11387-89壓電陶瓷材料靜態(tài)彎曲強度試驗方法
GB 11320-89壓電陶瓷材料性能方法(低機械品質(zhì)因數(shù)壓電陶瓷材料性能的測試)
GB 11312-89壓電陶瓷材料和壓電晶體聲表面波性能測試方法
GB 11310-89壓電陶瓷材料性能測試方法相對自由介電常數(shù)溫度特性的測試