[发明专利]采用Si-Ti-Ca三元复合薄膜对压电陶瓷表面进行改性的方法及其应用

权利要求书

1.一种对压电陶瓷表面进行改性的方法，其特征是：采用Si-Ti-Ca三元复合薄膜对压电陶瓷表面进行改性，所述Si-Ti-Ca三元复合薄膜是掺钙的TiO₂/SiO₂复合薄膜；所述Si-Ti-Ca三元复合薄膜通过提拉成膜的方式覆在压电陶瓷表面，方法是：采用溶胶凝胶法分别得到TiO₂溶胶和SiO₂溶胶，按照钛:硅=0.05-0.5:1的摩尔比将TiO₂溶胶和SiO₂溶胶混合搅拌均匀，在25-35℃搅拌反应1-3h，然后在20-40℃陈化12-36h，得到TiO₂/SiO₂复合溶胶；按照钙:硅=0.01-0.4:1的摩尔比将Ca(NO₃)₂加入到TiO₂/SiO₂复合溶胶中，搅拌混合至Ca(NO₃)₂完全溶解，然后加入硅烷偶联剂进行反应，加完后在25-35℃陈化12-36h，得到Si-Ti-Ca三元复合溶胶；将Si-Ti-Ca三元复合溶胶在压电陶瓷表面均匀地提拉成膜，然后将压电陶瓷在80-180℃下进行低温烧结，得到Si-Ti-Ca三元复合薄膜表面改性的压电陶瓷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述硅烷偶联剂为KH-570、KH-550、A151、A171或A172，所述压电陶瓷为PZT压电陶瓷片。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：硅烷偶联剂的用量为硅摩尔量的1.5-2.5%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：低温烧结的时间为1-3h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：Si-Ti-Ca三元复合溶胶通过浸渍提拉成膜法在压电陶瓷表面成膜，膜层数为2-6层，首层浸渍时间为1-10min，提拉速度为10-60mm/min，其余层浸渍时间为1-4min，提拉速度为10-50mm/min，每层薄膜自然干燥15 min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：压电陶瓷在Si-Ti-Ca三元复合溶胶中提拉成膜前，经过预处理，预处理方式是：将压电陶瓷进行除油、清洗处理，或者将压电陶瓷除油、清洗，然后依次用水相砂纸和金相砂纸进行表面打磨，再用HF和HNO₃的混合酸溶液进行刻蚀粗化，最后清洗干净。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：SiO₂溶胶的制备方法为：将EtOH和TEOS按照3:1的摩尔比混合，在搅拌的同时滴加pH为2.0的HCl溶液，待水与TEOS的摩尔比为3-5:1时停止滴加，在30-50℃搅拌反应1-4h，然后在30-50℃陈化20-40h，得到SiO₂溶胶；TiO₂溶胶的制备方法为：按照EtOH:钛酸四丁酯为0.78:1的摩尔比将钛酸四丁酯滴加到EtOH中，搅拌混合均匀，然后再滴加浓度为0.2mol/mL的HNO₃溶液，待水与EtOH的体积比为1:1时停止滴加，滴完后搅拌均匀，在20-35℃陈化12-36h，得到TiO₂溶胶。

8.一种水泥/压电陶瓷复合材料的制备方法，其特征是：将压电陶瓷按照权利要求1所述的对压电陶瓷表面进行改性的方法进行表面改性，得到Si-Ti-Ca三元复合薄膜表面改性的压电陶瓷，然后将Si-Ti-Ca三元复合薄膜表面改性的压电陶瓷与水泥进行复合，制得水泥/压电陶瓷复合材料。