一种泡沫压电陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷及其制备方法，具体涉及一种泡沫压电陶瓷的制备方法，属于陶瓷生产技术领域。
【背景技术】
[0002]压电陶瓷是指把氧化物混合高温烧结、固相反应后而成的多晶体，并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称，是一种将电能转换为机械能，或将机械能转换为电能的功能陶瓷，是含高智能的新型功能电子材料。随着材料及工艺的不断研究和改良。压电陶瓷的技术应用愈来愈广，音转换器是最常见的应用之一，像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。压电材料作为机、电、声、光、热敏感材料，在传感器、超声波换能器、压电引爆器、防核护目镜、无损检测、声呐探测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用，世界各国都高度重视压电陶瓷材料的研究和开发。随着高新技术的发展，压电陶瓷的应用必将越来越广阔，除了用于高科技领域，它更多的是在日常生活中为人们服务，为人们创造更美好的生活。
[0003]压电陶瓷是一种将电能转换为机械能，或将机械能转换为电能的功能陶瓷。锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷具有高的居里温度，优良的介电、压电性能和可靠性，是高灵敏度水声传感器和医用超声换能器的首选材料。
[0004]压电复合材料通过在压电陶瓷相中引入具有低密度、低介电性和无压电性的高分子聚合物(压电/聚合物复合材料)或空气相(多孔压电陶瓷)，可以显著提高材料的HFOM值，降低声阻抗，增加了材料的灵敏度和材料与媒介的声学匹配，非常适合于水声传感器和医用超声换能器的使用要求。
[0005]中国发明“三维压电陶瓷矢量水听器”，申请号201210372979.6公开了一种三维压电陶瓷矢量水听器，解决了现有水听器一致性无法保证、抗干扰能力差等缺陷，但是工艺复杂。
[0006]如何克服现有泡沫压电陶瓷加工过程中存在的工艺复杂，成本高，易老化的现象和介电性质、压电和机械性能差的问题，开发一种工艺简单，效果良好的泡沫压电陶瓷加工技术具有广阔的市场前景。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是，针对现有泡沫压电陶瓷加工技术的不足，提供一种泡沫压电陶瓷及其制备方法，该陶瓷工艺简单，可以广泛使用于水声传感器和医用超声换能器等领域。
[0008]为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
一种泡沫压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤:
(1)将PZT陶瓷粉体，分散剂及单体预混液混合球磨5-10h (转速为800 r/min)，得到分散均匀的陶瓷浆料；
(2)向陶瓷浆料中加入短链的两亲分子戊酸，并通过HCl或NaOH调节合适的pH值，球磨4 h (转速为500 r/min),使短链的两亲分子充分修饰陶瓷颗粒表面；
(3)向陶瓷浆料中加入催化剂和引发剂并搅拌，搅拌器转速为300r/min，搅拌时间为5 min，得到陶瓷泡沫浆料。把泡沫浆料注入模具，发生单体固化反应，制得泡沫压电陶瓷坯体；
(4)将陶瓷湿坯置于40° C烘箱内干燥24 h，之后在富铅的环境中高温烧结，制得泡沫PZT陶瓷。
[0009]步骤(I)所述的分散剂为0.5wt%的阿拉伯树胶；
步骤(2)所述的调节pH值为5.0 ;
步骤(3)所述的分散剂为溶剂体积的0.5%的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40wt%)，引发剂为1.0%的过硫酸铵溶液；
步骤(4)所述的高温烧结是1150°C高温烧结2 h。
[0010]经过反复试验和深入研究，添加0.5 wt%的阿拉伯树胶分散剂，浆料的悬浮性和流动性良好，保证了浆料好的充型能力和浆料固化时坯体的均匀性；加入戊酸稳定泡沫使浆料具有更高的发泡率；添加溶剂体积的0.5 %的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40?七％)作为催化剂，1.0 %的过硫酸铵溶液作为引发剂，浆料可以在注模5 min后固化，保证了充足的操作时间和气孔的尺寸与形状；浆料PH为5.0时泡沫压电陶瓷发泡率最高，所得泡沫压电陶瓷孔隙率最高。
[0011]本发明的有益效果是:
本发明制备的泡沫压电陶瓷是具有高气孔率、孔径分布均匀、优良介电和压电性能的多孔PZT陶瓷。
【具体实施方式】
[0012]下面通过实例对本发明做进一步详细说明，这些实例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围；
实施例1
一种泡沫压电陶瓷的制备方法:其步骤为:
(I)经过反复试验和深入研究，添加0.5 wt%的柠檬酸铵分散剂，浆料的悬浮性和流动性良好，保证了浆料好的充型能力和浆料固化时坯体的均匀性。
[0013](2)加入丙酸稳定泡沫使浆料具有更高的发泡率。
[0014](3)添加溶剂体积的0.3 %的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40 wt%)作为催化剂，0.6%的过硫酸铵溶液作为引发剂，浆料可以在注模5 min后固化，保证了充足的操作时间和气孔的尺寸与形状。
[0015](4)浆料pH为5.0时泡沫压电陶瓷发泡率最高，所得泡沫压电陶瓷孔隙率最高。
[0016]实施例2
一种泡沫压电陶瓷的制备方法:其步骤为:
(I)经过反复试验和深入研究，添加0.5 wt%的聚乙二醇分散剂，浆料的悬浮性和流动性良好，保证了浆料好的充型能力和浆料固化时坯体的均匀性。
[0017](2)加入戊酸稳定泡沫使浆料具有更高的发泡率。
[0018](3)添加溶剂体积的0.4 %的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40 wt%)作为催化剂，0.6 %的过硫酸铵溶液作为引发剂，浆料可以在注模5 min后固化，保证了充足的操作时间和气孔的尺寸与形状。
[0019](4)浆料pH为5.0时泡沫压电陶瓷发泡率最高，所得泡沫压电陶瓷孔隙率最高。
[0020]实施例3
一种泡沫压电陶瓷的制备方法:其步骤为:
(I)经过反复试验和深入研究，添加0.5 wt%的阿拉伯树胶分散剂，浆料的悬浮性和流动性良好，保证了浆料好的充型能力和浆料固化时坯体的均匀性。
[0021](2)加入没食子酸内酯稳定泡沫使浆料具有更高的发泡率。
[0022](3)添加溶剂体积的0.8 %的N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40 wt%)作为催化剂，1.6 %的过硫酸铵溶液作为引发剂，浆料可以在注模5 min后固化，保证了充足的操作时间和气孔的尺寸与形状。
[0023](4)浆料pH为5.0时泡沫压电陶瓷发泡率最高，所得泡沫压电陶瓷孔隙率最高。
【主权项】
1.一种泡沫压电陶瓷的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)将PZT陶瓷粉体，分散剂及单体预混液混合球磨5-10h (转速为800 r/min)，得到分散均匀的陶瓷浆料； (2)向陶瓷浆料中加入短链的两亲分子戊酸或没食子酸丙酯，并通过HCl或NaOH调节pH值,球磨4 h (转速为500 r/min),使短链的两亲分子充分修饰陶瓷颗粒表面； (3)向陶瓷浆料中加入溶剂体积的0.5%的催化剂和1.0%的引发剂并搅拌，搅拌器转速为300 r/min，搅拌时间为5 min，得到陶瓷泡沫浆料；把泡沫浆料注入模具，发生单体固化反应，制得泡沫压电陶瓷坯体； (4)将陶瓷湿坯置于40° C烘箱内干燥24 h，之后在富铅的环境中高温烧结，制得泡沫PZT陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫压电陶瓷的制备方法，其特征在于:步骤(I)中所述的选用0.5wt%的阿拉伯树胶作为分散剂。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫压电陶瓷的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的将pH值调至5.0。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫压电陶瓷的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述的选用N，N, N’，N’ -四甲基乙二胺水溶液(40wt%)作为催化剂和1.0%的过硫酸铵溶液作为引发剂。
5.根据权利要求1所述的一种泡沫压电陶瓷的制备方法，其特征在于:步骤(4)中所述的选用1150°C高温烧结2 h。
6.一种泡沫压电陶瓷，其特征在于:根据权利要求1~5任意一项权利要求所述的方法制得泡沫压电陶瓷。
【专利摘要】本发明涉及一种泡沫压电陶瓷的制备方法，属于陶瓷生产技术领域。该泡沫压电陶瓷的加工方法包括以下步骤：将PZT粉体、有机单体/交联剂、溶剂/分散剂球磨混合—加入催化剂、引发剂、短链两亲分子搅拌发泡—注模—干燥—烧结。该泡沫压电陶瓷具有高气孔率、孔径分布均匀、优良介电和压电性能，且工艺简单，可以广泛使用于水声传感器和医用超声换能器等领域。
【IPC分类】C04B38-02, C04B35-622, C04B35-491
【公开号】CN104529513
【申请号】CN201410793058
【发明人】黄朝阳
【申请人】佛山铭乾科技有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月20日