[发明专利]一种压电陶瓷纤维的压力挤出成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷纤维的制备，尤其是涉及一种压电陶瓷纤维的压力挤出成型方法。

背景技术

压电、铁电等陶瓷材料自从20世纪40年代问世以来就引起人们的极大关注，目前已经在信息、激光、导航、电子技术、通讯、计量检测、精密加工和传感技术等高技术领域应用广泛(Takenaka T，Nagata H，Current status and prospects of lead-free piezoelectric ceramics.J.Eur.Ceram.Soc.，2005，25(12)：2693-2700)。另一方面，随着电子器件和光电子器件向小型化、集成化和智能化方向发展，薄膜和纤维形态的压电材料受到广泛重视，成为国际上新兴功能材料领域研究的热点。由于采用压电纤维和聚合物基质复合制成的压电复合材料(Safari A.，Allahverdi M，Akdogan E.K.，Solid freeform fabrication of piezoelectric sensors and actuators.J.Mater.Sci.，2006，41：177-198)可以集压电相和聚合物材料的优点于一体，在保持原组分特色的同时具备压电性强，脆性低，密度和介电常数低以及制造工艺简单等优点，从而在结构控制传感器与驱动器、医疗超声与无损设备探测、水听器及航天航空等领域广泛应用(Janas V.E.，Novel Processing of 1-3 Piezoelectric ceramic/Polylmer composites for transducer applications.J.Am.Ceram.soc.，1995，TB(11)：294)。

目前，文献报道制备压电、铁电等陶瓷纤维的方法主要有：悬浮液纺丝技术、塑性聚合物法和溶胶-凝胶法。J.Jorge等人(Y.Wang and J.Jorge.Synthesis of lead zirconate titanate nanofibres and the Fourier-transform infrared characterization of their metallo-organic decomposition process.Nanotechnology，2004.15：32-36)采用悬浮液纺丝法制备了直径在500nm至几个μm的PZT压电纤维，但是烧结温度太高，以致纤维在烧结过程中粘结在一起。使用溶胶-凝胶法制备的陶瓷纤维一般固含量比较低，致密性均匀性都较差，不易控制纤维形状，并且具有较高的成本(Kenji Kitaoka，Hiromitsu Kozuka and Toshinobu Yoko.Preparation of Lead Lanthanum Zirconate Titanate(PLZT，(Pb，La)(Zr，Ti)O3)Fibers by Sol-Gel Method[J].J.Am.Ceram.Soc.，1998.81(5)：1189-1196)。塑性聚合物法制备的压电纤维固含量高，有机物含量少，成本低廉，烧结后得到的纤维收缩小、结构致密均匀，但是制备过程中会加入PVA或PVB，这样就使得纤维密度下降(张宗涛，胡黎明.纳米氧化锆粉末的塑性挤制成型研究.无机材料学报，1996.11(3)：565-569)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压电陶瓷纤维的压力挤出成型方法。

本发明的技术方案是先分别制得一定浓度的前驱体溶胶和前驱体粉末；再把前驱体溶胶与前驱体粉末按照一定比例混合，得到粉末-溶胶混合物，然后选择不同形状和孔径的模具，经过压力挤出得到生坯纤维；把生坯纤维老练后烘干，经高温热处理得到陶瓷纤维，热处理后的纤维能应用于诸如1-3型等压电复合材料。

本发明的具体步骤如下：

1)制备前驱体溶液

采用溶胶凝胶法，将金属盐溶于冰乙酸中，把混合溶液加热至金属盐溶解，得到无色澄清溶液，冷却到室温得到溶液A，将金属醇盐加入到醇溶剂中，磁力搅拌后，加入稳定剂回流，冷却后得到溶液B，将溶液A和溶液B混合后再回流，得到前驱体溶液；

2)制备前驱体溶胶

将前驱体溶液蒸发浓缩至浓度为20％～60％，得到前驱体溶胶；

3)制备前驱体粉末

将原料混合，经球磨，在高温反应，得到前驱体粉末；

4)制备前驱体粉末和前驱体溶胶混合物

将前驱体溶胶与前驱体粉末混匀，经超声分散，密封好后陈化，得到前驱体粉末和前驱体溶胶混合物；

5)压力挤出