[发明专利]一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料

说明书

本发明属于土木工程智能材料领域，具体涉及一种0‑3型PZT‑钢渣压电复合材料。所述0‑3型PZT‑钢渣压电复合材料的各组分按重量份数计为：钢渣22～30份，PZT 55～65份，水12～17份。本发明采用钢渣碳化硬化形成压电复合材料基体，利用粉料预混压制成型模式提高了压电相在基体内的分散，同时，碳化钢渣的力学强度高、发展快，基体密实性高，力学性能和耐久性优异，钢渣碳化基体与压电相力学性能的匹配程度高，有利于该复合材料的长期性能稳定；2)本发明所述制备方法工艺简单可控，制备得到的0‑3型PZT‑钢渣复合压电材料具有压电与力学性能优异、耐久性高、可控程度高及成本低等优点。

技术领域

本发明属于土木工程智能材料领域，具体涉及一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料。

背景技术

目前，我国海洋工程、地下工程、大型桥梁、高速铁路等重大工程对混凝土结构的耐久性和安全性提出了更高要求，应用智能传感器对其服役性能进行在线实时监测是保障重大土木工程结构的有效手段与前沿研究方向。

压电陶瓷传感器被广泛应用于混凝土结构检测中。但压电陶瓷传感器功能单一，与混凝土存在结合不牢靠、易脱落等相容性问题，导致反馈的检测信号不准确，给混凝土检测带来了许多错误干扰信息。因此，人们开展了水泥基压电陶瓷的研究，通过水泥水化硬化体与压电陶瓷功能相有机组合制备出了与混凝土具有良好相容性的复合压电材料，在具备压电陶瓷的基本压电特性的同时，还兼具容重可调控、声阻抗匹配性优良等特性，因而在重大土木工程的性能检测中具有广阔的应用前景。

目前，传统水泥基压电材料均以水泥水化硬化为其强度发展机制，存在强度低和发展慢、耐久性不稳定以及基体与压电相力学性能不匹配等问题。因此，传统水泥基压电材料很难实现高压电性能与良好力学耐久性兼得。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料，各组分按重量份数计为：钢渣22～30份，PZT55～65份，水12～17份。

上述方案中，所述钢渣为粒径分布在0.5～80μm，表观密度大于3000kg/m³，比表面积大于450m²/kg，含铁量小于1％的钢渣粉。

上述方案中，所述PZT由两种或三种粒径不同的PTZ混合而成，粒径不同的PTZ分别为：PZT-A，粒径分布在0.15～1.5μm；PZT-B，粒径分布在1～74μm；PZT-C，粒径分布在150～400μm。

上述方案中，所述PZT-A、PZT-B和PZT-C的表观密度均大于7500kg/m³，压电应变常数均大于450pC/N。

上述方案中，所述PZT由三种粒径不同的PTZ混合而成，所述PZT的组分配比按质量百分比计为：PZT-A 8％～18％，PZT-B 22％～32％，PZT-C 60％～70％。

上述方案中，所述PZT由两种粒径不同的PTZ混合而成，所述PZT的组分配比按质量百分比计为：PZT-A 30％，PZT-B 70％。

上述0-3型PZT-钢渣压电复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)将钢渣、PZT按比例混合均匀，加水搅拌均匀得到湿料；2)将湿料压制成型得到坯体，将坯体立即放入碳化桶中进行碳化生成PZT-钢渣压电复合材料。

上述方案中，所述碳化的条件为：纯度为99.8％的CO₂，碳化压强在0.3MPa，碳化温度20℃，碳化时间在0.5～3小时。