一種泡沫壓電陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷及其制備方法，具體涉及一種泡沫壓電陶瓷的制備方法，屬于陶瓷生產技術領域。
【背景技術】
[0002]壓電陶瓷是指把氧化物混合高溫燒結、固相反應后而成的多晶體，并通過直流高壓極化處理使其具有壓電效應的鐵電陶瓷的統(tǒng)稱，是一種將電能轉換為機械能，或將機械能轉換為電能的功能陶瓷，是含高智能的新型功能電子材料。隨著材料及工藝的不斷研究和改良。壓電陶瓷的技術應用愈來愈廣，音轉換器是最常見的應用之一，像拾音器、傳聲器、耳機、蜂鳴器、超聲波探深儀、聲納、材料的超聲波探傷儀等都可以用壓電陶瓷做聲音轉換器。壓電材料作為機、電、聲、光、熱敏感材料，在傳感器、超聲波換能器、壓電引爆器、防核護目鏡、無損檢測、聲吶探測和通訊技術等領域已獲得了廣泛的應用，世界各國都高度重視壓電陶瓷材料的研究和開發(fā)。隨著高新技術的發(fā)展，壓電陶瓷的應用必將越來越廣闊，除了用于高科技領域，它更多的是在日常生活中為人們服務，為人們創(chuàng)造更美好的生活。
[0003]壓電陶瓷是一種將電能轉換為機械能，或將機械能轉換為電能的功能陶瓷。鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷具有高的居里溫度，優(yōu)良的介電、壓電性能和可靠性，是高靈敏度水聲傳感器和醫(yī)用超聲換能器的首選材料。
[0004]壓電復合材料通過在壓電陶瓷相中引入具有低密度、低介電性和無壓電性的高分子聚合物(壓電/聚合物復合材料)或空氣相(多孔壓電陶瓷)，可以顯著提高材料的HFOM值，降低聲阻抗，增加了材料的靈敏度和材料與媒介的聲學匹配，非常適合于水聲傳感器和醫(yī)用超聲換能器的使用要求。
[0005]中國發(fā)明“三維壓電陶瓷矢量水聽器”，申請?zhí)?01210372979.6公開了一種三維壓電陶瓷矢量水聽器，解決了現(xiàn)有水聽器一致性無法保證、抗干擾能力差等缺陷，但是工藝復雜。
[0006]如何克服現(xiàn)有泡沫壓電陶瓷加工過程中存在的工藝復雜，成本高，易老化的現(xiàn)象和介電性質、壓電和機械性能差的問題，開發(fā)一種工藝簡單，效果良好的泡沫壓電陶瓷加工技術具有廣闊的市場前景。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有泡沫壓電陶瓷加工技術的不足，提供一種泡沫壓電陶瓷及其制備方法，該陶瓷工藝簡單，可以廣泛使用于水聲傳感器和醫(yī)用超聲換能器等領域。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
一種泡沫壓電陶瓷的制備方法，包括如下步驟:
(1)將PZT陶瓷粉體，分散劑及單體預混液混合球磨5-10h (轉速為800 r/min)，得到分散均勻的陶瓷漿料；
(2)向陶瓷漿料中加入短鏈的兩親分子戊酸，并通過HCl或NaOH調節(jié)合適的pH值，球磨4 h (轉速為500 r/min),使短鏈的兩親分子充分修飾陶瓷顆粒表面；
(3)向陶瓷漿料中加入催化劑和引發(fā)劑并攪拌，攪拌器轉速為300r/min，攪拌時間為5 min，得到陶瓷泡沫漿料。把泡沫漿料注入模具，發(fā)生單體固化反應，制得泡沫壓電陶瓷坯體；
(4)將陶瓷濕坯置于40° C烘箱內干燥24 h，之后在富鉛的環(huán)境中高溫燒結，制得泡沫PZT陶瓷。
[0009]步驟(I)所述的分散劑為0.5wt%的阿拉伯樹膠；
步驟(2)所述的調節(jié)pH值為5.0 ;
步驟(3)所述的分散劑為溶劑體積的0.5%的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40wt%)，引發(fā)劑為1.0%的過硫酸銨溶液；
步驟(4)所述的高溫燒結是1150°C高溫燒結2 h。
[0010]經過反復試驗和深入研究，添加0.5 wt%的阿拉伯樹膠分散劑，漿料的懸浮性和流動性良好，保證了漿料好的充型能力和漿料固化時坯體的均勻性；加入戊酸穩(wěn)定泡沫使?jié){料具有更高的發(fā)泡率；添加溶劑體積的0.5 %的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40?七％)作為催化劑，1.0 %的過硫酸銨溶液作為引發(fā)劑，漿料可以在注模5 min后固化，保證了充足的操作時間和氣孔的尺寸與形狀；漿料PH為5.0時泡沫壓電陶瓷發(fā)泡率最高，所得泡沫壓電陶瓷孔隙率最高。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明制備的泡沫壓電陶瓷是具有高氣孔率、孔徑分布均勻、優(yōu)良介電和壓電性能的多孔PZT陶瓷。
【具體實施方式】
[0012]下面通過實例對本發(fā)明做進一步詳細說明，這些實例僅用來說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的范圍；
實施例1
一種泡沫壓電陶瓷的制備方法:其步驟為:
(I)經過反復試驗和深入研究，添加0.5 wt%的檸檬酸銨分散劑，漿料的懸浮性和流動性良好，保證了漿料好的充型能力和漿料固化時坯體的均勻性。
[0013](2)加入丙酸穩(wěn)定泡沫使?jié){料具有更高的發(fā)泡率。
[0014](3)添加溶劑體積的0.3 %的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40 wt%)作為催化劑，0.6%的過硫酸銨溶液作為引發(fā)劑，漿料可以在注模5 min后固化，保證了充足的操作時間和氣孔的尺寸與形狀。
[0015](4)漿料pH為5.0時泡沫壓電陶瓷發(fā)泡率最高，所得泡沫壓電陶瓷孔隙率最高。
[0016]實施例2
一種泡沫壓電陶瓷的制備方法:其步驟為:
(I)經過反復試驗和深入研究，添加0.5 wt%的聚乙二醇分散劑，漿料的懸浮性和流動性良好，保證了漿料好的充型能力和漿料固化時坯體的均勻性。
[0017](2)加入戊酸穩(wěn)定泡沫使?jié){料具有更高的發(fā)泡率。
[0018](3)添加溶劑體積的0.4 %的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40 wt%)作為催化劑，0.6 %的過硫酸銨溶液作為引發(fā)劑，漿料可以在注模5 min后固化，保證了充足的操作時間和氣孔的尺寸與形狀。
[0019](4)漿料pH為5.0時泡沫壓電陶瓷發(fā)泡率最高，所得泡沫壓電陶瓷孔隙率最高。
[0020]實施例3
一種泡沫壓電陶瓷的制備方法:其步驟為:
(I)經過反復試驗和深入研究，添加0.5 wt%的阿拉伯樹膠分散劑，漿料的懸浮性和流動性良好，保證了漿料好的充型能力和漿料固化時坯體的均勻性。
[0021](2)加入沒食子酸內酯穩(wěn)定泡沫使?jié){料具有更高的發(fā)泡率。
[0022](3)添加溶劑體積的0.8 %的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40 wt%)作為催化劑，1.6 %的過硫酸銨溶液作為引發(fā)劑，漿料可以在注模5 min后固化，保證了充足的操作時間和氣孔的尺寸與形狀。
[0023](4)漿料pH為5.0時泡沫壓電陶瓷發(fā)泡率最高，所得泡沫壓電陶瓷孔隙率最高。
【主權項】
1.一種泡沫壓電陶瓷的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將PZT陶瓷粉體，分散劑及單體預混液混合球磨5-10h (轉速為800 r/min)，得到分散均勻的陶瓷漿料； (2)向陶瓷漿料中加入短鏈的兩親分子戊酸或沒食子酸丙酯，并通過HCl或NaOH調節(jié)pH值,球磨4 h (轉速為500 r/min),使短鏈的兩親分子充分修飾陶瓷顆粒表面； (3)向陶瓷漿料中加入溶劑體積的0.5%的催化劑和1.0%的引發(fā)劑并攪拌，攪拌器轉速為300 r/min，攪拌時間為5 min，得到陶瓷泡沫漿料；把泡沫漿料注入模具，發(fā)生單體固化反應，制得泡沫壓電陶瓷坯體； (4)將陶瓷濕坯置于40° C烘箱內干燥24 h，之后在富鉛的環(huán)境中高溫燒結，制得泡沫PZT陶瓷。
2.根據權利要求1所述的一種泡沫壓電陶瓷的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的選用0.5wt%的阿拉伯樹膠作為分散劑。
3.根據權利要求1所述的一種泡沫壓電陶瓷的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的將pH值調至5.0。
4.根據權利要求1所述的一種泡沫壓電陶瓷的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所述的選用N，N, N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40wt%)作為催化劑和1.0%的過硫酸銨溶液作為引發(fā)劑。
5.根據權利要求1所述的一種泡沫壓電陶瓷的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述的選用1150°C高溫燒結2 h。
6.一種泡沫壓電陶瓷，其特征在于:根據權利要求1~5任意一項權利要求所述的方法制得泡沫壓電陶瓷。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種泡沫壓電陶瓷的制備方法，屬于陶瓷生產技術領域。該泡沫壓電陶瓷的加工方法包括以下步驟：將PZT粉體、有機單體/交聯(lián)劑、溶劑/分散劑球磨混合—加入催化劑、引發(fā)劑、短鏈兩親分子攪拌發(fā)泡—注?！稍铩獰Y。該泡沫壓電陶瓷具有高氣孔率、孔徑分布均勻、優(yōu)良介電和壓電性能，且工藝簡單，可以廣泛使用于水聲傳感器和醫(yī)用超聲換能器等領域。
【IPC分類】C04B38-02, C04B35-622, C04B35-491
【公開號】CN104529513
【申請?zhí)枴緾N201410793058
【發(fā)明人】黃朝陽
【申請人】佛山銘乾科技有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月20日