本发明涉及压电陶瓷聚合物复合材料领域，具体涉及一种适应高温环境的压电材料及制备方法。
背景技术：
：压电材料是指拉伸或压缩时，内部产生极化现象，使材料相对的两个表面出现等量异号电荷的现象的材料。材料承受外力越大，则表面电荷就越多，这种效应称做压电效应。由于材料要产生压电效应,其原子、离子或分子晶体必须具有不对称中心，因此在较高温度下，其晶体会发生偏移，导致压电材料失灵。随着现代科学技术的发展，原子能、能源、航空航天、冶金、石油化工等许多工业和科研部门迫切需要能够在更高的温度下工作的电子设备。一般来说，块体压电材料的适用范围往往被限制在其居里温度的一半左右，这样才能保证其压电性能的稳定性，使压电器件能够正常工作。众所周知，pzt基压电陶瓷的居里转变温度一般为300-360℃，不能满足某些应用领域的需要。在高温压电陶瓷领域，已经有一些尝试性的工作。中国发明专利申请号201510961673.8公开了一种耐高温压电陶瓷及其制备方法。该压电陶瓷的结构通式为：pb(zr1/2ti1/2)x(ni1/3nb2/3)y(sb1/3nb2/3)z(mg1/3nb2/3)1-x-y-zo3+wmol%a，x的取值范围为0.85-0.97，y的取值范围为0.01-0.10，z的取值范围为0.01-0.05，w的取值范围为0.05-2.0，a为碱金属或碱土金属的改性元素。该发明解决了现有的压电陶瓷使用温度低且电学性能无法满足要求的问题；可以在200℃以上使用，具有高压电常数、高介电常数。中国发明专利申请号201010231963.4公开了一种通过加入第二相对压电陶瓷进行增韧的方法，其中，第二相为钛酸钾晶须，且钛酸钾晶须的加入量为压电陶瓷重量的0.1％～5％，钛酸钾晶须的化学式为k2o·ntio2，式中n为1、2、4、6或8。本发明以钛酸钾晶须特别是六钛酸钾为第二相添加物，增韧效果显著，并具有保持或提高压电性、降低介质损耗的优势。此外，钛酸钾晶须的机械性能好，耐高温，在压电陶瓷结构内稳定、成本低、分散加入方便。中国发明专利申请号201010258362.2公开了一种钛酸铋基高居里温度压电陶瓷及其制备方法。用传统固相烧结法制备(1-x)(0.6bi4ti3o12-0.4batio3)-xpbtio3陶瓷,其中,x=0.02～0.10。该发明以熔盐法制备的bi4ti3o12、分析纯的batio3、pb3o4、tio2为原料制备的高居里温度压电陶瓷。粉料经混合球磨、烘干、预烧、二次球磨、造粒、成型、排胶,最后在1050～1100℃中烧结2h～4h,制备出所需的陶瓷材料。上述各项发明表明，目前通过压电陶瓷的掺杂和纳米结构化，可以在一定程度上提高压电陶瓷的耐高温性，但是这并不是长久的解决之道。只有通过重新设计材料结构，使用新的元素，才能从根本上解决问题。众所周知，石英是常用的压电材料，而且石英具有高温稳定的特性。而且价格便宜，制备相对简单。因此，我们可以之为模板在其基础上，开发一种新型适应高温环境的压电材料。技术实现要素：针对目前压电陶瓷的高温稳定性差，虽然在一定程度上，可以通过压电陶瓷的掺杂和纳米结构化，提高压电陶瓷的耐高温性。但是这种改性方案无法满足新的温度挑战，只有通过重新的设计材料，才可能从根本上解决问题。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种适应高温环境的压电材料的制备方法，本发明首先将li、ge原料在高能球磨中机械合金化，然后与有机溶剂混合预制成浆体，与二氧化硅凝胶共混分散，经过压片、烧结得到高居里温度压电材料，具体方法如下：（1）将40-60重量份的li颗粒和40-60重量份的ge颗粒混合，在保护气氛环境的高能球磨机中机械合金化10-25min，得到lige合金粉末；（2）将lige合金粉末与有机溶剂按1：1-5比例搅拌混合，得到均匀的lige合金悬浮液，再与二氧化硅溶胶混合，搅拌均匀，得到前驱溶胶；（3）将前驱溶胶经过压片成型，600-900℃烧结得到高居里温度压电材料ligesio5。优选的，所述li颗粒和ge颗粒的粒径为1-3mm。优选的，所述保护气氛为氩气或氮气保护，气压为100-10kpa。优选的，所述高能球磨使用氧化铝球，球料比为30:1，球磨机转速为400r/min，球磨完成后停机取样。优选的，所述有机溶剂为四氯化碳、苯、二甲基亚砜、四氢呋喃、乙腈、苯腈或者甲醇的一种或几种中的至少一种。优选的，所述lige合金悬浮液与所述二氧化硅溶胶的比例为1:1，所述搅拌频率为10-20r/min。优选的，所述压片成型的压力为0.1-2.2兆帕。一种适应高温环境的压电材料，其特征在于由上述方法制备得到。克服了现有压电陶瓷的高温稳定性差的缺陷。目前，虽然在一定程度上，可以通过压电陶瓷的掺杂和纳米结构化，提高压电陶瓷的耐高温性。但是这并不是长久的解决之道。只有通过重新设计材料结构，使用新的元素，才能从根本上解决问题。众所周知，石英是常用的压电材料，而且石英具有高温稳定的特性。而且价格便宜，制备相对简单。我们在sio2为模板的基础上，进一步设计材料。本发明提出一种适应高温环境的压电材料及制备方法，其特征是具有ligesio5的组合式，高居里温度在500-600℃，而且有较高的灵敏度。本发明还提出该材料的制备方法，首先将li、ge原料在高能球磨中机械合金化，然后与有机溶剂混合预制成浆体，与二氧化硅凝胶共混分散，经过压片、烧结得到高居里温度压电材料ligesio5，制备方法简单，成本低廉，压电信号稳定，材料的环境稳定性好，居里转变温度高。将本发明制备的适应高温环境的压电材料与目前仅有的压电材料相比，在产品耐高温性、灵敏度、环境稳定性、成本、投入等方面具有明显优势，如表1所示。表1：性能指标产品灵敏度耐高温性环境稳定性成本本发明压电系数d33为50pc/n500-600℃稳定低传统压电复合材料压电系数d33为20pc/n200-300℃不稳定高本发明一种适应高温环境的压电材料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本发明提出的压电材料是具有ligesio5的组合式，高居里温度在500-600℃，而且有较高的灵敏度。2、本发明还提出该材料的制备方法，采用高能球磨先机械合金化可以使lige合金内部相互扩散，形成均匀的合金，能耗降低，适应于节能环保型生产。3、本发明制备方法简单，成本低廉，压电信号稳定，材料的环境稳定性好。具体实施方式以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。实施例1（1）将40重量份的li颗粒和60重量份的ge颗粒混合，li颗粒和ge颗粒的粒径为1mm，在100pa氩气或氮气保护气氛环境的高能球磨机中使用氧化铝球，球料比为30:1，球磨机转速为400r/min，机械合金化10min，得到lige合金粉末；（2）将所述lige合金粉末与四氯化碳按1:1比例搅拌混合，得到均匀的lige合金悬浮液，再与二氧化硅溶胶混合，所述lige合金悬浮液与所述二氧化硅溶胶的比例为1:1，采用10r/min搅拌均匀，得到前驱溶胶；（3）将前驱溶胶经过压片成型，压片成型的压力为0.1mpa，600℃烧结得到高居里温度压电材料ligesio5。实施例2（1）将45重量份的li颗粒和55重量份的ge颗粒混合，li颗粒和ge颗粒的粒径为1.5mm，在500pa氮气保护气氛环境的高能球磨机中使用氧化铝球，球料比为30:1，球磨机转速为400r/min，机械合金化12min，得到lige合金粉末；（2）将所述lige合金粉末与苯按1：1.5比例搅拌混合，得到均匀的lige合金悬浮液，再与二氧化硅溶胶混合，所述lige合金悬浮液与所述二氧化硅溶胶的比例为1:1，采用15r/min搅拌均匀，得到前驱溶胶；（3）将前驱溶胶经过压片成型，压片成型的压力为0.5mpa，620℃烧结得到高居里温度压电材料ligesio5。实施例3（1）将50重量份的li颗粒和50重量份的ge颗粒混合，li颗粒和ge颗粒的粒径为1.8mm，在800pa氩气保护气氛环境的高能球磨机中使用氧化铝球，球料比为30:1，球磨机转速为400r/min，机械合金化18min，得到lige合金粉末；（2）将所述lige合金粉末与二甲基亚砜按1：2比例搅拌混合，得到均匀的lige合金悬浮液，再与二氧化硅溶胶混合，所述lige合金悬浮液与所述二氧化硅溶胶的比例为1:1，采用18r/min搅拌均匀，得到前驱溶胶；（3）将前驱溶胶经过压片成型，压片成型的压力为1.5mpa，750℃烧结得到高居里温度压电材料ligesio5。实施例4（1）将55重量份的li颗粒和45重量份的ge颗粒混合，li颗粒和ge颗粒的粒径为2.2mm，在2kpa氩气或氮气保护气氛环境的高能球磨机中使用氧化铝球，球料比为30:1，球磨机转速为400r/min，机械合金化20min，得到lige合金粉末；（2）将所述lige合金粉末与四氢呋喃按1：3比例搅拌混合，得到均匀的lige合金悬浮液，再与二氧化硅溶胶混合，所述lige合金悬浮液与所述二氧化硅溶胶的比例为1:1，采用20r/min搅拌均匀，得到前驱溶胶；（3）将前驱溶胶经过压片成型，压片成型的压力为2.1mpa，800℃烧结得到高居里温度压电材料ligesio5。实施例5（1）将60重量份的li颗粒和40重量份的ge颗粒混合，li颗粒和ge颗粒的粒径为3mm，在10kpa氩气或氮气保护气氛环境的高能球磨机中使用氧化铝球，球料比为30:1，球磨机转速为400r/min，机械合金化25min，得到lige合金粉末；（2）将所述lige合金粉末与甲醇按1:5比例搅拌混合，得到均匀的lige合金悬浮液，再与二氧化硅溶胶混合，所述lige合金悬浮液与所述二氧化硅溶胶的比例为1:1，采用20r/min搅拌均匀，得到前驱溶胶；（3）将前驱溶胶经过压片成型，压片成型的压力为2.2mpa，900℃烧结得到高居里温度压电材料ligesio5。当前第1页12