[发明专利]高固相含量0-3型压电复合材料膏料及其制备方法和结构件的制造方法

说明书

本发明公开了一种高固相含量0‑3型压电复合材料膏料及其制备方法和结构件的制造方法，膏料制备方法包括以下步骤：将PZT陶瓷粉体干燥后采用油酸进行表面接枝改性得到改性PZT粉末；将丙烯酸树脂、高折射率单体混合，超声搅拌制得光敏树脂；将光敏树脂和光引发剂均匀混合，制得均匀树脂溶液；将改性PZT粉末、均匀树脂溶液、分散剂搅拌混合，混合均匀得到压电复合材料膏料。本发明提高粉体的固相含量，大大增强了成型件的压电性能，降低了极化难度。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，特别涉及一种高固相含量0-3型压电复合材料膏料及其制备方法和结构件的制造方法。

背景技术

压电陶瓷作为新的一种功能性材料发展十分迅速，广泛应用在传感、变压、水声换能、超声等诸多领域。然而单相材料在某些应用领域具有难以克服的缺点，如在水声换能材料上压电陶瓷的密度大、与水声匹配不良；脆性大，受大的冲击易碎。因此人们转向复合材料来试图寻找新的解决途径，从而使压电陶瓷聚合物复合材料作为一类新的压电材料得到较快的发展。这类材料综合了压电陶瓷与聚合物的优点，在用作水声换能材料中充分体现了其特点。

其中0-3型压电复合材料是由不连续的陶瓷颗粒分散于三维连通的聚合物基体中形成的，是最简单的一种压电复合材料。与其它连通形式相比，0-3型压电复合材料存在某些不利特性，例如压电应变常数相对较低，且较难极化，性能受工艺条件的影响大，但0-3型压电复合材料具有很强的适应性，可以做成薄片、棒或线材，或模压成所需的各种复杂形状，适于大量生产，其可制成弹性体从而适应弯曲状态下的使用。并且0-3型压电复合材料不受静水压力的影响，这是其他几种连通形式的压电复合材料所不具备的。

传统的0-3型压电复合材料成型方法如冷/热压法成型、溶液共混成型等方法，只能加工简单结构或者要借助特定的模具才能制备复杂结构，成本较高，成品率较低，无法满足高科技产品的市场需求，因此一种新的成型技术——增材制造技术应用而生。

目前，将PZT压电陶瓷粉末与光敏树脂基体按比例直接混合而成的压电复合材料浆料得到了进一步的发展，该材料在保持压电复合材料特性的同时，可使用3D打印工艺直接成型复杂结构，突破传统制造方法制备复杂结构困难的瓶颈，但由于PZT压电陶瓷粉末本身较高的光折射率以及较高的密度，制备的浆料普遍固含量较低且极易出现沉降。

由于成型能力和功能响应之间的内在平衡使得目前光固化打印成型PZT/聚合物压电复合材料仍然具有很多难题，具体表现为：在成型能力方面，PZT陶瓷浆料相较于一般的光固化浆料，深层固化严重不足且分散稳定性较差；在功能响应方面，由亲水性压电陶瓷颗粒与疏水性高聚物基体之间的不相容性导致的薄弱界面结合会进一步削弱复合材料的性能表现。而压电陶瓷复合材料膏料激光功率较高可制备高固相含量压电复合材料而又因其粘度较高不容易出现沉降现象，因此由SLA成型的0-3型压电复合材料可较容易的解决0-3型压电复合材料的压电常数相对较低、较难极化等问题，具有广阔的应用前景。

发明内容

在针对传统的溶液共混成型、冷/热压法成型等技术无法快速加工高精度、低成本、高压电常数的复杂结构0-3型压电复合材料以及现有3D打印技术制备的压电复合材料浆料固相含量较低、易沉降等问题。本发明的目的是提供一种高固相含量0-3型压电复合材料膏料及其制备方法和结构件的制造方法，本发明结构件的制造方法通过采用SLA立体光固化成型技术实现，其中使用粉末表面改性工艺实现压电陶瓷粉末与树脂基体的有效结合，并采用高折射率单体降低粉末与树脂折射率之差，从而提高膏料体系的单层固化厚度，进一步提高粉体的固相含量，大大增强了成型件的压电性能，降低了极化难度。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种高固相含量0-3型压电复合材料膏料的制备方法，包括以下步骤：

将PZT陶瓷粉体干燥后采用油酸进行表面接枝改性得到改性PZT粉末；

将丙烯酸树脂、高折射率单体混合，超声搅拌制得光敏树脂；将光敏树脂和光引发剂均匀混合，制得均匀树脂溶液；