專利名稱：一種噴涂技術(shù)制備道路用壓電材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種壓電材料的制備方法，具體涉及一 種噴涂技術(shù)制備道路用壓電材料的方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，汽車的保有量逐年大幅增加，若能夠通過 將行駛在道路上的汽車載荷轉(zhuǎn)變成道路兩側(cè)、甚至更遠(yuǎn)地方居民生活用電，具有很高的社 會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。壓電材料是一種理想的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換材料，具有很高的能量密度，其峰值能量密 度可達(dá)100-10000kW/kg，這就使利用很小體積的壓電裝置產(chǎn)生高功率的電能成為可能。為 了滿足壓電材料在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換這一新的應(yīng)用，需要一種新方法制備出適合于道路上規(guī)模 化使用的大尺寸壓電材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種噴涂技術(shù)制備道路用壓電材料的方法，該方法可以根據(jù) 需要制得所要求尺寸的壓電材料，尤其適用于大尺寸壓電材料的制備。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種噴涂技術(shù)制備道路用壓電材料的方法，該方法 將壓電陶瓷粉進(jìn)行制粉處理后進(jìn)行噴涂，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓后燒結(jié)，最后極化，制得道路用 壓電材料，具體按以下步驟進(jìn)行
步驟1 制粉，
在壓電陶瓷粉中加入濃度為95%的酒精，每kg壓電陶瓷粉中添加酒精200ml，將添加了 酒精的壓電陶瓷粉置于球磨機(jī)中，以700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速濕法球磨24 48h，之后進(jìn)行烘干， 得到粒徑為0. 5^1 u m的粉體； 步驟2 噴涂，
選取與所需壓電材料尺寸相同的塑料基板，用無水乙醇對(duì)塑料基板進(jìn)行表面清潔處 理，將步驟1制得的粉體用噴槍噴到塑料基板上，得到坯體； 步驟3:滾壓，
用滾輪以每平方厘米980N的滾壓力對(duì)步驟2制得的坯體進(jìn)行滾壓； 步驟4，燒結(jié)成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C溫度條件下保溫1小時(shí)，熔融分解去除塑料基板、水 分和有機(jī)物等雜質(zhì)，然后以3 10°C /min的升溫速度將溫度提升至700 1400°C，并在 700 1400°C的溫度下保溫1 2小時(shí)，制得燒結(jié)后的壓電材料； 步驟5，極化，
將步驟4制得的燒結(jié)后的壓電材料上下兩表面涂覆導(dǎo)電銀漿，在150°C下保溫lh來烘 干漿料使燒結(jié)后的壓電材料被銀電極；然后將被銀電極后的壓電材料放入硅油中進(jìn)行硅油 浴極化，即得所需尺寸的壓電材料。
其中步驟1中的壓電陶瓷粉的粒徑為2飛u m。其中步驟2中噴槍壓強(qiáng)為0. 02 0. 05MPa,噴槍噴涂距離0. 2 0. 35m,噴槍噴涂 速度200 700m/s，噴涂厚度50 200 u m。其中步驟5中極化溫度為100 130°C，極化場強(qiáng)為3 7kV/mm，極化時(shí)間為20 60mino本發(fā)明方法的有益效果是，可通過本制備方法制得所需的大尺寸的道路用壓電 材料，并且在制備過程中無有機(jī)溶劑揮發(fā)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的一種噴涂技術(shù)制備道路用壓電材料的方法，其制備工藝具體包括 步驟1 制粉，
取粒徑為2飛i! m的壓電陶瓷粉，在壓電陶瓷粉中加入濃度為95%的酒精，每kg壓電陶 瓷粉中添加酒精200ml，并置于球磨機(jī)中，以700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速濕法球磨24 48h，之后進(jìn) 行烘干，得到粒徑為0. 5^1 u m的粉體； 步驟2 噴涂，
選取與所需壓電材料尺寸相同的塑料基板，用無水乙醇對(duì)塑料基板進(jìn)行表面清潔處 理，將步驟1制得的粉體用噴槍噴到塑料基板上，得到坯體；
其中，噴槍壓力0. 02 0. 05MPa,噴槍噴涂距離0. 2 0. 35m,速度200 700m/s,噴涂 厚度50 200 y m ； 步驟3，滾壓，
為保證所制大尺寸壓電材料的平整度，用滾輪以每平方厘米980N的滾壓力對(duì)步驟2制 得的坯體進(jìn)行滾壓； 步驟4，燒結(jié)成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C溫度條件下保溫1小時(shí)，熔融分解去除塑料基板、水 分和有機(jī)物等雜質(zhì)，然后以3 10°C /min的升溫速度將溫度提升至700 1400°C，并在 700 1400°C的溫度下保溫1 2小時(shí)，制得燒結(jié)后的壓電材料； 步驟5，極化，
將步驟4制得的燒結(jié)后的壓電材料上下兩表面涂覆導(dǎo)電銀漿，在150°C下保溫lh來烘 干漿料使燒結(jié)后的壓電材料被銀電極；然后將被銀電極后的壓電材料放入硅油中進(jìn)行硅油 浴極化，即得所需尺寸的壓電材料；
其中，極化溫度為100 130°C，極化場強(qiáng)為3 7kV/mm，極化時(shí)間為20 60min。本發(fā)明提供的壓電材料的制備方法制得的壓電材料，在道路上能夠規(guī)模化使用的 低成本壓電材料。本制備方法的特點(diǎn)是一次性成膜厚度可達(dá)50 80 ym，可提高生產(chǎn)率 30 40% ；降低能耗約30% ；無有機(jī)溶劑揮發(fā)，對(duì)勞動(dòng)者的身體沒有損害。將上述工藝制備的壓電材料鋪設(shè)于路面內(nèi)或直接作為路面組成部分，通過車輛行 駛時(shí)沖擊振動(dòng)力來發(fā)電，所產(chǎn)生的電能經(jīng)過電路調(diào)整、儲(chǔ)存、輸出，可充當(dāng)路政設(shè)施和居民 生活所需的工作電源。實(shí)施例1 制備20cmX20cm厚度150iim的PZT (Pb (ZrJD 03鋯鈦酸鉛)壓電材料
1.制粉，
在粒徑2飛μ m的PZT粉中加入濃度為95%的酒精，為每kg壓電陶瓷粉中添加酒精 200ml,并置于球磨機(jī)中，在球磨機(jī)中以700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下濕法球磨24h，烘干得到粒徑 0. 5 1 μ m的PZT粉體；
2.噴涂，
選取20CmX20Cm的塑料基板，用無水乙醇對(duì)塑料基板進(jìn)行表面清潔處理，將步驟1獲 得粒徑Iymm PZT粉體用噴槍噴到塑料基板上，得到20cmX20cm的坯體；其中噴槍壓力 0. 02MPa，噴槍噴涂距離0. 35m,噴槍噴涂速度500m/s，噴涂厚度150 μ m ；
3.滾壓，
為保證所制大尺寸壓電材料的平整度，利用滾輪以每平方厘米980N的滾壓力對(duì)步驟2 制得的坯體進(jìn)行滾壓；
4.燒結(jié)成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C下保溫1小時(shí)，熔融分解去除塑料基板和水分、有機(jī)物 等雜質(zhì)，然后在5°C /min的升溫速度將溫度提升至1400°C，并在1400°C的燒結(jié)溫度下保溫 2小時(shí)；
5.極化，
將燒結(jié)后的壓電材料上下兩表面涂導(dǎo)電銀漿，在150°C下保溫1小時(shí)來烘干漿料使燒 結(jié)后的壓電材料被銀電極，然后將被銀電極后的壓電材料放入硅油中進(jìn)行硅油浴極化，極 化溫度為120°C，極化場強(qiáng)為5kV/mm，極化時(shí)間為40min，即得到20cmX 20cm厚度150 μ m的 PZT壓電材料。 實(shí)施例2 制備15cmX 15cm厚度80 μ m的(PZT) (Pb (ZrxTi1J O3鋯鈦酸鉛)壓電 材料
1.制粉，
將粒徑為2飛μ m的PZT粉中加入濃度為95%的酒精，為每kg壓電陶瓷粉中添加酒 精200ml，并置于球磨機(jī)中，在球磨機(jī)中以700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速濕法球磨48h，烘干得到粒徑 0. 5 1 μ m 的 PZT 粉；
2.噴涂，
選取15cmX 15cm的塑料基板，用無水乙醇對(duì)塑料基板進(jìn)行表面清潔處理，將步驟1 獲得粒徑0.6μπι的PZT粉用噴槍噴到塑料基板上，得到15cmX15cm的坯體；噴槍壓力 0. 05MPa，噴槍噴涂距離0. 2m,速度700m/s，噴涂厚度80 μ m ；
3.滾壓，
為保證所制大尺寸壓電材料的平整度，利用滾輪以每平方厘米980N的滾壓力進(jìn)行滾
壓；
4.燒結(jié)成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C溫度條件下保溫1小時(shí)，熔融分解去除塑料基板和水 分、有機(jī)物等雜質(zhì)，然后以10°C /min的升溫速度將溫度提升至1240°C，并在1240°C的燒結(jié) 溫度下保溫1小時(shí)；
5.極化，將步驟4制得的燒結(jié)后的壓電材料上下兩表面涂覆導(dǎo)電銀漿，在150°C下保溫1來烘 干漿料使燒結(jié)后的壓電材料被銀電極，然后將被銀電極后的壓電材料放入硅油中進(jìn)行硅油 浴極化，極化溫度為100°C，極化場強(qiáng)為3kV/mm，極化時(shí)間為20min，即得到15cmX 15cm厚度 80iim的PZT壓電材料。實(shí)施例3 制備20cmX 20cm厚度200 y m的KNN (K1_xNaxNb03鈮酸鈉鉀)基壓電材 料
1.制粉，
將粒徑2飛ym的KNN粉中加入濃度為95%的酒精，為每kg壓電陶瓷粉中添加酒精 200ml，并置于球磨機(jī)中，以700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下濕法球磨48小時(shí)，烘干得到粒徑0. 5^1 u m 的粉體；
2.噴涂，
選取20CmX20Cm的塑料基板，用無水乙醇對(duì)塑料基板進(jìn)行表面清潔處理，將步驟1 獲得粒徑0. 5iim的KNN粉用噴槍噴到塑料基板上，得到20cmX20cm的坯體；噴槍壓力 0. 04MPa，噴槍噴涂距離0. 3m,速度200m/s，噴涂厚度200 y m ；
3.滾壓，
為保證所制大尺寸壓電材料的平整度，利用滾輪以每平方厘米980N的滾壓力進(jìn)行滾
壓；
4.燒結(jié)成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C下保溫1小時(shí)，熔融分解去除塑料基板和水分、有機(jī)物 等雜質(zhì)，然后以3°C /min的升溫速度將溫度提升至700°C，并在700°C的燒結(jié)溫度下保溫2 小時(shí)；
5.極化，
將步驟4制得的燒結(jié)后的壓電材料上下兩表面涂覆導(dǎo)電銀漿，在150°C下保溫1小時(shí) 來烘干漿料使燒結(jié)后的壓電材料被銀電極；然后將被銀電極后的壓電材料放入硅油中進(jìn)行 硅油浴極化，極化溫度為130°C，極化場強(qiáng)為7kV/mm，極化時(shí)間為60min，即得到20cmX 20cm 厚度200 ii m的KNN壓電材料。實(shí)施例4 制備 15cmX 15cm 厚度 50 y m 的 BNKT ( (NaxK1_x)0.5Bi0.5Ti03 鈦酸鉍鈉鉀) 壓電材料
1.制粉，
在粒徑2飛y m的BNKT粉中加入濃度為95%的酒精，為每kg壓電陶瓷粉中添加酒精 200ml，并置于球磨機(jī)中，在球磨機(jī)中以700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速濕法球磨36小時(shí)，烘干得到粒徑 0. 5^1 u m的粉體；
2.噴涂，
選取15cmX 15cm的塑料基板，用無水乙醇對(duì)塑料基板進(jìn)行表面清潔處理，將步驟1 獲得粒徑0. 8 ii m的BNKT粉用噴槍噴到塑料基板上，得到15cmX 15cm的坯體；噴槍壓力 0. 04MPa，噴槍噴涂距離0. 3m,噴槍噴涂速度600m/s，噴涂厚度50 y m ；
3.滾壓，
為保證所制大尺寸壓電材料的平整度，利用滾輪以每平方厘米980N的滾壓力進(jìn)行滾
壓；
6
4.燒結(jié)成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C下保溫1小時(shí)，熔融分解去除塑料基板和水分、有機(jī)物 等雜質(zhì)，然后以5°C /min的升溫速度將溫度提升至1140°C，并在1140°C的燒結(jié)溫度下保溫 1. 5小時(shí)；
5.極化，
將步驟4制得的燒結(jié)后的壓電材料上下兩表面涂導(dǎo)電銀漿，在150°C下保溫1小時(shí)來烘 干漿料使燒結(jié)后的壓電材料被銀電極，然后將被銀電極后的壓電材料放入硅油中進(jìn)行硅油 浴極化，極化溫度為120°C，極化場強(qiáng)為6kV/mm，極化時(shí)間為30min，即得到15cmX 15cm厚度 50μπι的BNKT壓電材料。
權(quán)利要求
一種噴涂技術(shù)制備道路用壓電材料的方法，其特征在于，該方法將壓電陶瓷粉進(jìn)行制粉處理后進(jìn)行噴涂，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓后燒結(jié)，最后極化，制得道路用壓電材料，具體按以下步驟進(jìn)行步驟1制粉，在壓電陶瓷粉中加入濃度為95%的酒精，每kg壓電陶瓷粉中添加酒精200ml，將添加了酒精的壓電陶瓷粉置于球磨機(jī)中，以700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速濕法球磨24～48h，之后進(jìn)行烘干，得到粒徑為0.5~1μm的粉體；步驟2噴涂，選取與所需壓電材料尺寸相同的塑料基板，用無水乙醇對(duì)塑料基板進(jìn)行表面清潔處理，將步驟1制得的粉體用噴槍噴到塑料基板上，得到坯體；步驟3滾壓，用滾輪以每平方厘米980N的滾壓力對(duì)步驟2制得的坯體進(jìn)行滾壓；步驟4，燒結(jié)成型，將步驟3處理過的坯體在250℃溫度條件下保溫1小時(shí)，熔融分解去除塑料基板、水分和有機(jī)物等雜質(zhì)，然后以3～10℃/min的升溫速度將溫度提升至700～1400℃，并在700～1400℃的溫度下保溫1～2小時(shí)，制得燒結(jié)后的壓電材料；步驟5，極化，將步驟4制得的燒結(jié)后的壓電材料上下兩表面涂覆導(dǎo)電銀漿，在150℃下保溫1h來烘干漿料使燒結(jié)后的壓電材料被銀電極；然后將被銀電極后的壓電材料放入硅油中進(jìn)行硅油浴極化，即得所需尺寸的壓電材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的壓電陶瓷粉的粒徑為 2 6 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2中噴槍壓強(qiáng)為0.02 0. 05MPa,噴槍噴涂距離0. 2 0. 35m,噴槍噴涂速度200 700m/s，噴涂厚度50 200 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟5中極化溫度為100 130°C，極化場強(qiáng)為3 7kV/mm，極化時(shí)間為20 60min。
全文摘要
一種噴涂技術(shù)制備道路用壓電材料的方法，該方法將壓電陶瓷粉進(jìn)行制粉處理后進(jìn)行噴涂，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓后燒結(jié)，最后極化，制得道路用壓電材料。解決了適合于道路上規(guī)?；褂玫拇蟪叽鐗弘姴牧系闹苽涞膯栴}。通過本制備方法制得所需尺寸的道路用壓電材料，一次性成膜厚度可達(dá)50～80μm，可提高生產(chǎn)率30～40%，降低能耗約30%，并且在制備過程中無有機(jī)溶劑揮發(fā)。
文檔編號(hào)B28B1/32GK101885611SQ201010239678
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者何超, 楊東, 牛毅, 范曄, 陳文革 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)