CN109020539B - 碱激发粉煤灰矿渣压电片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱激发粉煤灰矿渣压电片及其制备方法。该压电片的制备方法包括以下步骤：将粉煤灰、矿渣、碱激发剂、PZT悬浊液依次加入搅拌机中混合搅拌，将混合搅拌后的材料注入磨具中，经过压制、养护、抛光、极化制得所述碱激发粉煤灰矿渣压电片。本发明压电片无需通过高温烧结，便可制价格低廉、绿色环保的压电片。解决传统陶瓷压电片制作工艺复杂，成本高的问题，减少了对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及地聚物技术、压电技术领域，具体涉及碱激发粉煤灰矿渣压电片及其制备方法。
背景技术
当代土木工程中的高层建筑、道路、桥梁等都由具有长达百年的使用年限，但是在风吹日晒雨淋等外界环境以及突发情况如地震台风等自然灾害的影响下难免会有损伤，损伤达到一定程度时就会导致结构的突然崩塌而造成人员的伤亡与财产的损失，因此需要对这些大型土木工程有一个良好的“健康评估”也就是“损伤检测”。目前所用的损伤检测的压电片是陶瓷压电片。这种压电片把氧化锆、氧化铅、氧化钛等氧化物，经过高温烧结、固相反应后形成多晶体，并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷压电片。但制备这种压电片的方法采用的原料成本较高；此外，制备过程中还需通过高温烧结，能耗较大且容易造成环境污染。
发明内容
本发明实施例提供一种碱激发粉煤灰矿渣压电片及其制备方法，能够降低压电片的生产成本和减少环境污染。
本发明实施例提供一种碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法，包括：
将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物；
依次对第一压电混合物进行模具成型、脱模和养护处理后，获得片状结构的第二压电混合物；
对所述第二压电混合物进行表面处理后，将导电银浆均匀涂覆在所述第二压电混合物片状结构的顶面和底面，并在烘干后将第二压电混合物置于二甲基硅油中极化，获得碱激发粉煤灰矿渣压电片。
进一步的，在灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物，具体为：
在灰体混合物中加入碱激发剂混合搅拌4min,最后加入PZT悬浊液混合搅拌3min得到第一压电混合物。
进一步的，依次对第一压电混合物进行模具成型、脱模和养护处理，获得片状结构的第二压电混合物，具体为：
将第一压电混合物注入到模具中，用压力机以30MPa压力压制30min后放置在温度为20℃，湿度95％的环境下养护24h后脱模，脱模后继续在此环境中养护3天，制得片状结构的第二压电混合物。
进一步的，对第二压电混合物进行表面处理，具体为：
通过打磨机将第二压电混合物的表面从1000目打磨至5000目，再用抛光布将其顶面和底面进行抛光。
进一步的，将导电银浆均匀涂覆在所述第二压电混合物片状结构的顶面和底面，并在烘干后将第二压电混合物置于二甲基硅油中极化，获得碱激发粉煤灰矿渣压电片，具体为：
在第二压电混合物的顶面和底面均匀涂覆温度为90℃～100℃的低温超导银浆，烘干后放入二甲硅油中，在场强为4KV/mm，温度为40℃的极化环境下极化20min，制得该碱激发粉煤灰矿渣压电片。
进一步的，碱激发剂由水、水玻璃、氢氧化钠按100:2:4混合后搅拌10min，再静置24h后所制得。
进一步的，碱激发剂与灰体混合物的质量比为0.35:1。
进一步的，PZT悬浊液由以下步骤制得：
按Pd、Zr、Ti、O原子的摩尔质量为1:0.52:0.48:3的比例将PbO，ZrO2，TiO2加水混合,用湿法球研磨20min后放置在空气中12h,获得第一PZT粉末；
将第一PZT粉末放置在120℃的烘箱中干燥6h,继而在球料质量比为20：1、公转转速为250r/min、公转与自转的速度比为4：1的行星式球磨机中粉磨60h，制得第二PZT粉末。
将所述第二PZT粉末与浓度为0.4％柠檬酸三铵溶液混合后，继而在超声浴中进行分散处理，得到所述PZT悬浊液。
进一步的，PZT粉末悬浊液中PZT的粒直径在1～5微米之间。
相应的，本发明还提供一种压电片，所述压电片是由本实施例所提供的一种碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法制备的。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例将高介电数的PZT加入到低介电数的碱激发粉煤灰矿渣凝胶材料中从而制得一种碱激发粉煤灰矿渣压电片，这种压电片使用的原料价格低廉有效降低了压电片的生产成本，且实现了对矿渣的再利用，保护了环境；此外制备过程无需通过高温烧结，降低能耗，减少环境污染。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例提供的一种碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的一种碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法包括步骤：
S101、将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在所述灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物。
S102、依次对所述第一压电混合物进行模具成型、脱模和养护处理后，获得片状结构的第二压电混合物。
S103、对所述第二压电混合物进行表面处理后，将导电银浆均匀涂覆在所述第二压电混合物片状结构的顶面和底面，并在烘干后将所述第二压电混合物置于二甲基硅油中极化，获得碱激发粉煤灰矿渣压电片。
进一步的，在灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物，具体为：
在灰体混合物中加入碱激发剂混合搅拌4min,最后加入PZT悬浊液混合搅拌3min得到第一压电混合物。
进一步的，依次对第一压电混合物进行模具成型、脱模和养护处理，获得片状结构的第二压电混合物，具体为：
将第一压电混合物注入到模具中，用压力机以30MPa压力压制30min后放置在温度为20℃，湿度95％的环境下养护24h后脱模，脱模后继续在此环境中养护3天，制得片状结构的第二压电混合物。
进一步的，对第二压电混合物进行表面处理，具体为：
通过打磨机将第二压电混合物的表面从1000目打磨至5000目，再用抛光布将其顶面和底面进行抛光。
进一步的，将导电银浆均匀涂覆在所述第二压电混合物片状结构的顶面和底面，并在烘干后将第二压电混合物置于二甲基硅油中极化，获得碱激发粉煤灰矿渣压电片，具体为：
在第二压电混合物的顶面和底面均匀涂覆温度为90℃～100℃的低温超导银浆，烘干后放入二甲硅油中，在场强为4KV/mm，温度为40℃的极化环境下极化20min，制得该碱激发粉煤灰矿渣压电片。
进一步的，碱激发剂由水、水玻璃、氢氧化钠按100:2:4混合后搅拌10min，再静置24h后所制得。
进一步的，碱激发剂与灰体混合物的质量比为0.35:1。
进一步的，PZT悬浊液由以下步骤制得：
按Pd、Zr、Ti、O原子的摩尔质量为1:0.52:0.48:3的比例将PbO，ZrO2，TiO2加水混合,用湿法球研磨20min后放置在空气中12h,获得第一PZT粉末；
将第一PZT粉末放置在120℃的烘箱中干燥6h,继而在球料质量比为20：1、公转转速为250r/min、公转与自转的速度比为4：1的行星式球磨机中粉磨60h，制得第二PZT粉末。
将所述第二PZT粉末与浓度为0.4％柠檬酸三铵溶液混合后，继而在超声浴中进行分散处理，得到所述PZT悬浊液。
进一步的，PZT粉末悬浊液中PZT的粒直径在1～5微米之间。
为了更好地说明本发明制备方法的流程，以下对本发明的方法进行具体的描述：
称取210g粉煤灰，90g矿渣灰体，将粉煤灰和矿渣混合后在净浆搅拌机内干拌2min，使灰体充分混合。
称取105g碱激发剂，将碱激发剂加入搅拌机中与粉煤灰和矿渣一起搅拌4min，其中所述碱激发剂由水、水玻璃、氢氧化钠按100:2:4混合后搅拌10min，再静置24h后所制得。
将PZT悬浊液加入搅拌机中与加入碱激发剂后的粉煤灰和矿渣一起搅拌3min,获得第一压电混合物，其中PZT悬浊液由以下步骤制得：按Pd、Zr、Ti、O原子的摩尔质量为1:0.52:0.48:3的比例将PbO，ZrO2，TiO2加水混合,用湿法球研磨20min后放置在空气中12h,获得第一PZT粉末；
将第一PZT粉末放置在120℃的烘箱中干燥6h,继而在球料质量比为20：1、公转转速为250r/min、公转与自转的速度比为4：1的行星式球磨机中粉磨60h，制得第二PZT粉末；
称取200g第二PZT粉末，取浓度为0.4％的柠檬酸三铵溶液，将第二PZT粉末与柠檬酸三铵溶液混合后在超声浴中进行分散处理，时间为0.5h,获得PZT悬浊液，其中PZT悬浊液中PZT的直径为1～5微米。
将第一压电混合物，注入到模具中，用压力机向模具中的第一压电混合物持续施加30MPa的压力，持续时长为30min。
将压制成型的第一压电混合物放置在温度为20℃，湿度95％的环境下养护24h后脱模，脱模后继续在此环境中养护3天，制得片状结构的第二压电混合物。
用打磨机将第二压电混合物的表面从1000目打磨至5000目，然后用抛光布将其上下两面进行抛光，直至光滑。
将低温超导银浆均匀涂复在抛光后的第二压电混合物的上下表面，然后放入温度为120℃的烘箱中干燥，烘干，接着将烘干后的第二压电混合物放入二甲硅油中，在场强为4KV/mm，温度为40℃的极化环境下极化20min，制得该碱激发粉煤灰矿渣压电片。
本发明实施例将高介电数的PZT加入到低介电数的碱激发粉煤灰矿渣凝胶材料中从而制得一种碱激发粉煤灰矿渣压电片，这种压电片使用的原料价格低廉有效降低了压电片的生产成本，且实现了对矿渣的再利用，保护了环境；此外制备过程无需通过高温烧结，降低能耗，减少环境污染。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法，其特征在于，包括：
将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在所述灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物；其中，所述PZT悬浊液以下步骤制得：按Pd、Zr、Ti、O原子的摩尔质量为1:0.52:0.48:3的比例将PbO，ZrO2，TiO2加水混合,用湿法球研磨20min后放置在空气中12h,获得第一PZT粉末；将所述第一PZT粉末放置在120℃的烘箱中干燥6h,继而在球料质量比为20：1、公转转速为250r/min、公转与自转的速度比为4：1的行星式球磨机中粉磨60h，制得第二PZT粉末；将所述第二PZT粉末与浓度为0.4％柠檬酸三铵溶液混合后，继而在超声浴中进行分散处理，得到所述PZT悬浊液；
依次对所述第一压电混合物进行模具成型、脱模和养护处理后，获得片状结构的第二压电混合物；
对所述第二压电混合物进行表面处理后，将导电银浆均匀涂覆在所述第二压电混合物片状结构的顶面和底面，并在烘干后将所述第二压电混合物置于二甲基硅油中极化，获得碱激发粉煤灰矿渣压电片。
2.如权利要求1所述的碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法，其特征在于，所述在所述灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物，具体为：
在所述灰体混合物中加入碱激发剂混合搅拌4min,最后加入PZT悬浊液混合搅拌3min得到第一压电混合物。
3.如权利要求2所述的碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法，其特征在于，依次对所述第一压电混合物进行模具成型、脱模和养护处理，获得片状结构的第二压电混合物，具体为：
将第一压电混合物注入到模具中，用压力机以30MPa压力压制30min后放置在温度为20℃，湿度95％的环境下养护24h后脱模，脱模后继续在此环境中养护3天，制得片状结构的第二压电混合物。
4.如权利要求3所述的碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法，其特征在于，对所述第二压电混合物进行表面处理，具体为：
通过打磨机将第二压电混合物的表面从1000目打磨至5000目，再用抛光布将其顶面和底面进行抛光。
5.如权利要求4所述的碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法，其特征在于，所述将导电银浆均匀涂覆在所述第二压电混合物片状结构的顶面和底面，并在烘干后将所述第二压电混合物置于二甲基硅油中极化，获得碱激发粉煤灰矿渣压电片，具体为：
在第二压电混合物的顶面和底面均匀涂覆温度为90℃～100℃的低温超导银浆，烘干后放入二甲硅油中，在场强为4KV/mm，温度为40℃的极化环境下极化20min，制得该碱激发粉煤灰矿渣压电片。
6.如权利要求1-5任意一项所述的碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法，其特征在于，所述碱激发剂与所述灰体混合物的质量比为0.35:1。
7.如权利要求1-5任意一项所述的碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法，其特征在于，所述PZT悬浊液中PZT的粒直径在1-5微米之间。
8.一种压电片，其特征在于，所述压电片由权利要求1-7任一项权利要求所述的碱激发粉煤灰矿渣压电片的制备方法制得。
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