[发明专利]一种压电复合陶瓷传感器材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种压电复合陶瓷传感器材料及其制备方法，涉及压电陶瓷加工技术领域。本发明公开的压电复合陶瓷传感器材料的原料为：氧化铅、氧化锆、二氧化钛、三氧化二锑、三氧化二铁、硼酸钠、乙烯基三乙氧基硅烷、仲丁醇铝和复合分散剂，其制备方法通过配料、球磨、混料反应、二次球磨、造粒压片、排胶、烧结等步骤制得的，该压电复合陶瓷传感器材料再通过施电极和电极处理可制得压电陶瓷传感器。本发明提供的压电复合陶瓷传感器材料，其制备方法易操作，优异的致密性，烧结温度低，具有优良的机械性能、柔韧性和稳定性，并且制得的压电传感器的灵敏度高、工作稳定性强，具有优异的压电性能、介电性能、机械性能，且具有较高的居里温度。

技术领域

本发明属于压电陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种压电复合陶瓷传感器材料及其制备方法。

背景技术

随着新技术革命的到来，世界开始进入信息智能化时代，物联网、人工智能、5G等新一代信息技术迎来前所未有的大发展。在众多智能材料中，压电陶瓷以其独特的驱动和传感优势，成为今年来各人工智能领域广泛研究和应用的智能材料之一。压电陶瓷因其低成本、高压电转换的优点，已经在传感器、超声换能器、微位移器和其它电子器件等方面得到了广泛的应用。

压电陶瓷根据材料中独立组元的数目可分为一元系、二元系、三元系及多元系压电陶瓷。BaTiO₃是典型的一元系陶瓷铁电体，具有钙钛矿晶体结构，不溶于水，机电耦合系数大，制备工艺简单，成本低，是最早具有实用价值的压电陶瓷，但是其性能不太稳定且居里温度较低，已不太适应现代高科技的发展需求。PZT压电陶瓷(锆钛酸铅)是一种性能大大优异钛酸钡的二元系压电陶瓷，压电常数是的两倍，具有耦合系数大、压电性更强、居里温度高和可通过变更成分在很大范围内调节性能以满足多种不同需要等优点。以锆钛酸铅为基础，用多种元素改进的三元系、四元系压电陶瓷也都应运而生。多元系压电陶瓷能够弥补低元系陶瓷性能单一的缺陷，具有压电、介电和机械性能比较全面的优点，应用领域更加广泛。而这些压电陶瓷脆性大，经不起机械冲击，因此，近年来，各国研究人员都在积极研究和开发新的压电功能材料，压电复合材料成为国内外学者的研发目标。

压电复合材料是由无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的，兼备无机和有机压电材料的性能，并产生两相都没有的特性，它既保持了压电陶瓷优良的压电性能，同时又有利于机械加工，具有一定的柔顺性。常见的压电复合材料有PVC/陶瓷复合材料、PVF/陶瓷复合材料、PVDF/陶瓷复合材料和P(VDF-TrFE)/陶瓷复合材料，这些材料是将陶瓷材料和有机高分子树脂通过粘结的方式复合在一起的，在使用过程中易受压力、机械振动冲击的影响，两相材料的力学柔顺性相差较大，电极制备不易平整且易断裂，且介电常数小，其与PZT压电陶瓷相比，其压电性能、稳定性和居里温度还有差距，不能替代现有PZT压电陶瓷，只能应用在特定的领域。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种压电复合陶瓷传感器材料，其制备方法易操作，优异的致密性，烧结温度低，具有优良的机械性能、柔韧性和稳定性，并且制得的压电传感器的灵敏度高、工作稳定性强，具有优异的压电性能、介电性能、机械性能，且具有较高的居里温度。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种压电复合陶瓷传感器材料，按质量百分比计，由以下原料组成：氧化铅25-30％、氧化锆11-15％、二氧化钛6-8％、三氧化二锑0.35-0.45％、三氧化二铁4-6％、硼酸钠12-16％、乙烯基三乙氧基硅烷24-30％、仲丁醇铝4-7％和复合分散剂0.55-0.65％。

进一步的，所述复合分散剂为水玻璃和硬脂酸铜复合而成，所述复合分散剂的制备方法为：将水玻璃加入到无水乙醇中混合均匀，然后加入烷基醇酰胺和硬脂酸铜，升温至50℃，搅拌60-80min，然后升温80℃，搅拌10min，制得复合分散剂。

进一步的，所述水玻璃与硬脂酸铜的质量比为1：(0.34-0.56)，所述水玻璃与无水乙醇的质量比为1:2，所述水玻璃与烷基醇酰胺的质量比为1：(0.02-0.04)。