CN106206928A - 一种压电功能多孔电极复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压电功能多孔电极复合材料及制备方法，按照如下质量百分比进行配料：三氧化二锑3‑6％，氧化硅1‑6％，氟化钠1‑3％、氟硅酸钠1‑3％，氧化铈0.1‑0.45％，废玻璃3‑5％，碳化硅3‑5％，余量为碳酸钡。材料制备过程包括球磨，压片机上压制，电阻炉中烧结，再次球磨，和聚苯乙烯共聚物SEBS混合压制等步骤。本发明由于碳化硅的还原性，有效的防止了材料的剧烈氧化，可以使材料表面与内部氧含量差异较小，使获得高性能材料成为可能。以碳酸钡为基体，其上分布各种导电离子如锑、铈，不仅具有均匀的压电组织，而且具有健强的结构；锑、铈配合既可改善材料的介电性，而且也保证了材料的压电性。本发明可以降低成本、工艺简单、环保，所制得的材料具有良好的稳定性和实用性。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，涉及一种压电功能多孔电极复合材料及制备方法。
背景技术
压电复合材料是有两种或多种材料复合而成的压电材料。常见的压电复合材料为压电陶瓷和聚合物(例如聚偏氟乙烯活环氧树脂)的两相复合材料。这种复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的长处，具有很好的柔韧性和加工性能，并具有较低的密度、容易和空气、水、生物组织实现声阻抗匹配。
目前现有技术中公开的压电复合材料的制法，如专利CN201210023862.7中，压电复合材料的制法包括以下步骤：混合压电陶瓷粉末、粘结剂、交联剂、润滑剂及增塑剂，以形成浆料；对浆料进行挤压成型步骤，以形成压电陶瓷纤维生胚；对压电陶瓷纤维生胚进行烧结步骤，以形成压电陶瓷纤维；依照预定的体积含量，将压电陶瓷纤维排列，置入模具中；及将粘着剂灌入模具中，以形成压电复合材料。该制法能够顺利挤压成型压电陶瓷纤维，且挤出的压电陶瓷纤维的可塑性良好。但是工艺太繁琐，压电性能有待提高，因此需要设计一种新的制法简单易操作、性能好的压电复合材料。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种压电功能多孔电极复合材料，该材料具有良好的压电性能。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是：
一种压电功能多孔电极复合材料，按照如下质量百分比进行配料：三氧化二锑3-6％，氧化硅1-6％，氟化钠1-3％、氟硅酸钠1-3％，氧化铈0.1-0.45％，废玻璃3-5％，碳化硅3-5％，余量为碳酸钡。
其中废玻璃的成分按质量百分比计为：Al2O3 7％，B2O3 1％，CaO 17％，ZnO6.5％，BaO 4％，Na2O3 0.3％，K2O 2％，Fe2O3 0.5％，余量为SiO2。
本发明还公开了该压电功能多孔电极复合材料的制备方法，材料制备过程包括如下步骤：
(a)按照组成比：三氧化二锑3-6％，氧化硅1-6％，氟化钠1-3％、氟硅酸钠1-3％、氧化铈0.1-0.45％、废玻璃3-5％、碳化硅3-5％、余量为碳酸钡，进行配料、混合；
(b)将混合好的粉末样品放入球磨机中球磨，使粉末混合均匀；
(c)将磨好的粉末挤压紧实装入圆柱形模具，放置在压片机上压制；
(d)将压制好的样品放入电阻炉中烧结，烧结温度为1200-1300℃，保温时间为50-60分钟，自然冷却到室温后将样品取出；
(e)取出后在球磨机中球磨48h，使陶瓷粉末细小达到10-30微米，取出；
(f)和聚苯乙烯共聚物SEBS混合，然后放入模具在210-230℃加热加压10-15min以形成压电复合材料，加压压力为2-6MPa。
所述三氧化二锑、氧化硅、氟化钠、氟硅酸钠、氧化铈、碳化硅、碳酸钡的质量纯度为99.9％。
步骤(b)中球磨的时间为48h。
步骤(c)中，压力片机压力为100MPa。
步骤(f)中，陶瓷粉末和聚苯乙烯共聚物SEBS的重量比为10：0.5-0.9。
所制得压电多孔复合材料的孔隙率为5-15％，平均孔径为0.3-0.6mm。
有益效果：
采用本发明电功能多孔电极复合材料的制备方法制得的材料，由于碳化硅的还原性，有效的防止了材料的剧烈氧化，可以使材料表面与内部氧含量差异较小，使获得高性能材料成为可能。由于氟化钠、氟硅酸钠、废玻璃的加入使材料的烧结温度大大降低，实现了节能环保的要求。
与现有技术相比，本发明的材料以碳酸钡为基体，其上分布各种导电离子如锑、铈，不仅具有均匀的压电组织，而且具有健强的结构；锑、铈配合既可改善材料的介电性，而且也保证了材料的压电性。
本发明的材料的制备方法充分利用了废料如废旧玻璃直接生产合金所用原材料，成分配比灵活，质量控制到位，并且可以降低成本，工艺简单、充分地利用含氧量高的粉末废料，环保、有效改善环境，具有很高的社会价值。本发明的组分配比合理、工艺简单、操作方便。
本发明材料具有良好的稳定性和实用性，可广泛应用于电池、超声等等领域。
附图说明
图1：本发明的压电功能多孔电极复合材料的显微镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种压电功能多孔电极复合材料，按照如下质量百分比进行配料：三氧化二锑3-6％，氧化硅1-6％，氟化钠1-3％、氟硅酸钠1-3％，氧化铈0.1-0.45％，废玻璃3-5％，碳化硅3-5％，余量为碳酸钡。其中废玻璃的成分按质量百分比计为：Al2O3 7％，B2O3 1％，CaO17％，ZnO 6.5％，BaO 4％，Na2O3 0.3％，K2O 2％，Fe2O3 0.5％，余量为SiO2。
压电功能多孔电极复合材料的制备方法，材料制备过程包括如下步骤：
(a)按照材料组成质量百分比为：三氧化二锑3-6％，氧化硅1-6％，氟化钠1-3％、氟硅酸钠1-3％、氧化铈0.1-0.45％、废玻璃3-5％、碳化硅3-5％、余量为碳酸钡，进行配料、混合。
(b)将混合好的粉末样品放入球磨机中球磨48h，使粉末混合均匀；
(c)将磨好的粉末挤压紧实装入圆柱形模具，放置在压片机上压制，压力片机压力为100MPa；
(d)将压制好的样品放入电阻炉中烧结，烧结温度为1200-1300℃，保温时间为50-60分钟，自然冷却到室温后将样品取出；
(e)取出后在球磨机中球磨48h，使陶瓷粉末细小达到10-30微米，取出；
(f)和聚苯乙烯共聚物SEBS混合，然后放入模具在210-230℃加热加压10-15min以形成压电复合材料，加压压力为2-6MPa，陶瓷粉末和聚苯乙烯共聚物SEBS的重量比为10：0.5-0.9。
按本发明的制备方法，所制得压电多孔复合材料的孔隙率为5-15％。平均孔径为0.3-0.6mm。
实施例1
材料组成质量百分比为：三氧化二锑3％，氧化硅1％，氟化钠1％、氟硅酸钠1％，氧化铈0.1％，废玻璃3％，碳化硅3％，余量为碳酸钡。
实施例2
材料组成质量百分比为：三氧化二锑6％，氧化硅6％，氟化钠3％、氟硅酸钠3％，氧化铈0.45％，废玻璃5％，碳化硅5％，余量为碳酸钡。
实施例3
材料组成质量百分比为：三氧化二锑5％，氧化硅3％，氟化钠2％、氟硅酸钠2％，氧化铈0.3％，废玻璃4％，碳化硅4％，余量为碳酸钡。
实施例4
材料组成质量百分比为：三氧化二锑2％，氧化硅0.5％，氟化钠0.5％、氟硅酸钠0.5％，氧化铈0.05％，废玻璃2％，碳化硅2％，余量为碳酸钡。
实施例5
材料组成质量百分比为：三氧化二锑7％，氧化硅7％，氟化钠4％、氟硅酸钠4％，氧化铈0.5％，废玻璃6％，碳化硅6％，余量为碳酸钡。
对以上实施例1-5进行性能测定，结果见表1：
表1对比例及实施例的材料性能测定
与现有技术相比，本发明的材料以碳酸钡为基体，其上分布各种导电离子如锑、铈，不仅具有均匀的压电组织，而且具有健强的结构；锑、铈配合既可改善材料的介电性，而且也保证了材料的压电性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种压电功能多孔电极复合材料的制备方法，其特征在于：材料制备过程包括如下步骤：
(a)按照组成比：三氧化二锑3-6％，氧化硅1-6％，氟化钠1-3％、氟硅酸钠1-3％、氧化铈0.1-0.45％、废玻璃3-5％、碳化硅3-5％、余量为碳酸钡，进行配料、混合；
(b)将混合好的粉末样品放入球磨机中球磨，使粉末混合均匀；
(c)将磨好的粉末挤压紧实装入圆柱形模具，放置在压片机上压制；
(d)将压制好的样品放入电阻炉中烧结，烧结温度为1200-1300℃，保温时间为50-60分钟，自然冷却到室温后将样品取出；
(e)取出后在球磨机中球磨48h，使陶瓷粉末细小达到10-30微米，取出；
(f)和聚苯乙烯共聚物SEBS混合，然后放入模具在210-230℃加热加压10-15min以形成压电复合材料，加压压力为2-6MPa。
2.如权利要求3所述的压电功能多孔电极复合材料的制备方法，其特征在于：所述三氧化二锑、氧化硅、氟化钠、氟硅酸钠、氧化铈、碳化硅、碳酸钡的质量纯度为99.9％。
3.如权利要求3所述的压电功能多孔电极复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(b)中球磨的时间为48h。
4.如权利要求3所述的压电功能多孔电极复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(c)中，压力片机压力为100MPa。
5.如权利要求3所述的压电功能多孔电极复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(f)中，陶瓷粉末和聚苯乙烯共聚物SEBS的重量比为10：0.5-0.9。
6.权利要求1-5所制得的压电功能多孔电极复合材料，其特征在于：按照如下质量百分比进行配料：三氧化二锑3-6％，氧化硅1-6％，氟化钠1-3％、氟硅酸钠1-3％，氧化铈0.1-0.45％，废玻璃3-5％，碳化硅3-5％，余量为碳酸钡。
7.如权利要求6所述的压电功能多孔电极复合材料，其特征在于：其中废玻璃的成分按质量百分比计为：Al2O3 7％，B2O3 1％，CaO 17％，ZnO 6.5％，BaO 4％，Na2O3 0.3％，K2O2％，Fe2O3 0.5％，余量为SiO2。
8.如权利要求6所述的压电功能多孔电极复合材料，其特征在于：所制得压电多孔复合材料的孔隙率为5-15％，平均孔径为0.3-0.6mm。
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