[发明专利]压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷技术领域，特别涉及一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法。

背景技术

压电陶瓷聚合物复合材料是一种由压电陶瓷相（如PZT）和高分子聚合物（如PVDF）通过复合工艺而构成的新型材料。压电陶瓷材料具有压电性能优良、介电损耗低和机电耦合系数大等优点，但其成硬而脆，不易成型加工，耐冲击性能差。而压电聚合物虽然具有密度低、柔韧性好，可制备成大而均匀的薄膜，但其压电性能差。压电复合材料兼有陶瓷和聚合物两者的优点，并能抑制各自缺点，成本低，适于商业化生产而受到广泛的研究。在目前的压电复合材料体系中，0-3型压电复合材料中压电颗粒之间被有机聚合物相充满,陶瓷颗粒连通性较差，且介电常数相差较大，导致其陶瓷相极化困难；同时两相间力学性能的差异导致其两相间力的传导较为困难；最终导致复合材料压电性能较差。目前文献中报道的提高复合材料压电性能的方式主要是两种(1)提高陶瓷相的体积分数，当陶瓷相体积分数超过80%时，压电性能有大幅提高，压电应变常数d33可超过90pC/N，但是陶瓷相体积分数过高会导致复合材料韧性较差。(2)加入第三相导电/半导化材料，目的是提高陶瓷相的极化性能，但往往提高有限，同时第三相导电材料加入过多会导致其它一些负面影响，如损耗过大。1-3型压电陶瓷聚合物复合压电材料是通过把压电陶瓷纤维或者压电柱状样品阵列式地排布在有机聚合物基体中制备而得.在这类复合材料中,由于压电陶瓷纤维贯穿有机聚合物基体,材料可以得到充分极化,因此其压电和介电性能远远优于0-3型复合材料.然而,压电陶瓷纤维制造成本非常高,同时制备1-3型复合材料需要非常复杂的工艺,这大大制约了其在实际器件中的应用。所以将0-3型复合材料通过工艺手段制备成准1-3型复合材料是改善0-3型压电复合压电性能并提高其韧性一个有效的途径。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种压电性能好、制备工艺简单的压电复合材料的制备方法。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按照组成准备材料：压电陶瓷5%～95%，余量为聚合物；

2）将步骤1）中的压电陶瓷经烧成后再次细磨成粉；

3）将步骤2）中的压电陶瓷粉与粘合剂充分混合均匀，制成压电陶瓷复合浆料；

4）将浆料放入两片导电金属片之间，导电金属片为两侧电极；；

5）压电陶瓷复合片在交流电的条件下进行介电泳处理，处理条件是：介电泳电压为200V/mm~500V/mm，频率为：0~4000Hz，温度为10℃~100℃，时间为0~20min。

作为本发明的进一步改进，所述的压电陶瓷为含铅压电陶瓷锆钛酸铅系或者无铅压电陶瓷。

作为本发明的进一步改进，所述的聚合物为环氧树脂和紫外光固化胶等的一种。

本发明的有益效果是：本发明的压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法与普通制备技术相比，电泳辅助制备技术制得的压电复合材料的介电常数提高了大约50%，压电系数提升了大约50%，铁电性能也有显著的提升，具有操作简单、成本低廉、压电、介电、铁电性能显著提高、在智能传感领域有很好的实际应用前景。

附图说明

图1为未经介电泳处理的压电陶瓷聚合物复合材料示意图；

图2为本发明方法制得的压电陶瓷聚合物复合材料示意图之一；

图3为本发明方法制得的压电陶瓷聚合物复合材料示意图之二；

图4为本发明方法制得的压电陶瓷聚合物复合材料示意图之三；

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

下面以压电陶瓷(Pb_1-xLa_x)(Zr_1-yTi_y)_1-4/xO₃(记作PLZT，x=0.01~0.09，y=0.4~0.6)和环氧树脂两相压电复合材料为例，对本发明做详细的说明。

实施例：

采用传统固相法制备PLZT，按照化学计量配比，经混料、预烧、轧膜成型、冲片、排胶、烧成制备出压电陶瓷片，其性能为：ε₃₃^t/ε₀=1000~2500，tanδ=1.5%~3.0%，d₃₃=300~700pC/N，将陶瓷片在振磨机中振磨，过不同目数的网筛，制备成不同粒度的PLZT陶瓷粉待用。将PLZT和环氧乙烯按照质量比为4:1的比例加入到不锈钢杯中进行搅拌，使其充分混合，制成浆料，然后再用真空泵抽掉浆料当中的空气。最后把浆料固定在两块电极板中间，制成规格大小为10*10mm，厚度为1mm的压电陶瓷复合片。压电复合片上下面的电极为金属片；压电复合片在交流电的条件下进行电泳排列。电泳条件为：交流电压500V/mm，频率50Hz，温度为25℃，介电泳时间为0~3min。对压电陶瓷复合材料的介电泳前后的对比，如下图：图1为对比图，在没有加电压下的状态；图2-4为在加了电压之后1-3min的状态，从图中可以很清楚的看到在加了电压之后，陶瓷颗粒发生了非常有序的排列。