一種噴塗技術製備道路用壓電材料的方法

2023-05-29 21:09:06 2

專利名稱：一種噴塗技術製備道路用壓電材料的方法
技術領域：
本發明屬於功能材料製備技術領域，涉及一種壓電材料的製備方法，具體涉及一 種噴塗技術製備道路用壓電材料的方法。
背景技術：
隨著經濟的發展，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變成道路兩側、甚至更遠地方居民生活用電，具有很高的社 會意義和經濟價值。壓電材料是一種理想的機電能量轉換材料，具有很高的能量密度，其峰值能量密 度可達100-10000kW/kg，這就使利用很小體積的壓電裝置產生高功率的電能成為可能。為 了滿足壓電材料在機電能量轉換這一新的應用，需要一種新方法製備出適合於道路上規模 化使用的大尺寸壓電材料。

發明內容
本發明的目的是提供一種噴塗技術製備道路用壓電材料的方法，該方法可以根據 需要製得所要求尺寸的壓電材料，尤其適用於大尺寸壓電材料的製備。本發明所採用的技術方案是，一種噴塗技術製備道路用壓電材料的方法，該方法 將壓電陶瓷粉進行制粉處理後進行噴塗，然後對其進行滾壓後燒結，最後極化，製得道路用 壓電材料，具體按以下步驟進行
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於球磨機中，以700轉/分的轉速溼法球磨24 48h，之後進行烘乾， 得到粒徑為0. 5^1 u m的粉體； 步驟2 噴塗，
選取與所需壓電材料尺寸相同的塑料基板，用無水乙醇對塑料基板進行表面清潔處 理，將步驟1製得的粉體用噴槍噴到塑料基板上，得到坯體； 步驟3:滾壓，
用滾輪以每平方釐米980N的滾壓力對步驟2製得的坯體進行滾壓； 步驟4，燒結成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C溫度條件下保溫1小時，熔融分解去除塑料基板、水 分和有機物等雜質，然後以3 10°C /min的升溫速度將溫度提升至700 1400°C，並在 700 1400°C的溫度下保溫1 2小時，製得燒結後的壓電材料； 步驟5，極化，
將步驟4製得的燒結後的壓電材料上下兩表面塗覆導電銀漿，在150°C下保溫lh來烘 幹漿料使燒結後的壓電材料被銀電極；然後將被銀電極後的壓電材料放入矽油中進行矽油 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中噴槍壓強為0. 02 0. 05MPa,噴槍噴塗距離0. 2 0. 35m,噴槍噴塗 速度200 700m/s，噴塗厚度50 200 u m。其中步驟5中極化溫度為100 130°C，極化場強為3 7kV/mm，極化時間為20 60mino本發明方法的有益效果是，可通過本製備方法製得所需的大尺寸的道路用壓電 材料，並且在製備過程中無有機溶劑揮發。
具體實施例方式下面結合附圖
和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明的一種噴塗技術製備道路用壓電材料的方法，其製備工藝具體包括 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，並置於球磨機中，以700轉/分的轉速溼法球磨24 48h，之後進 行烘乾，得到粒徑為0. 5^1 u m的粉體； 步驟2 噴塗，
選取與所需壓電材料尺寸相同的塑料基板，用無水乙醇對塑料基板進行表面清潔處 理，將步驟1製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,噴槍噴塗距離0. 2 0. 35m,速度200 700m/s,噴塗 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，用滾輪以每平方釐米980N的滾壓力對步驟2制 得的坯體進行滾壓； 步驟4，燒結成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C溫度條件下保溫1小時，熔融分解去除塑料基板、水 分和有機物等雜質，然後以3 10°C /min的升溫速度將溫度提升至700 1400°C，並在 700 1400°C的溫度下保溫1 2小時，製得燒結後的壓電材料； 步驟5，極化，
將步驟4製得的燒結後的壓電材料上下兩表面塗覆導電銀漿，在150°C下保溫lh來烘 幹漿料使燒結後的壓電材料被銀電極；然後將被銀電極後的壓電材料放入矽油中進行矽油 浴極化，即得所需尺寸的壓電材料；
其中，極化溫度為100 130°C，極化場強為3 7kV/mm，極化時間為20 60min。本發明提供的壓電材料的製備方法製得的壓電材料，在道路上能夠規模化使用的 低成本壓電材料。本製備方法的特點是一次性成膜厚度可達50 80 ym，可提高生產率 30 40% ；降低能耗約30% ；無有機溶劑揮發，對勞動者的身體沒有損害。將上述工藝製備的壓電材料鋪設於路面內或直接作為路面組成部分，通過車輛行 駛時衝擊振動力來發電，所產生的電能經過電路調整、儲存、輸出，可充當路政設施和居民 生活所需的工作電源。實施例1 製備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,並置於球磨機中，在球磨機中以700轉/分的轉速下溼法球磨24h，烘乾得到粒徑 0. 5 1 μ m的PZT粉體；
2.噴塗，
選取20CmX20Cm的塑料基板，用無水乙醇對塑料基板進行表面清潔處理，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，噴槍噴塗距離0. 35m,噴槍噴塗速度500m/s，噴塗厚度150 μ m ；
3.滾壓，
為保證所制大尺寸壓電材料的平整度，利用滾輪以每平方釐米980N的滾壓力對步驟2 製得的坯體進行滾壓；
4.燒結成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C下保溫1小時，熔融分解去除塑料基板和水分、有機物 等雜質，然後在5°C /min的升溫速度將溫度提升至1400°C，並在1400°C的燒結溫度下保溫 2小時；
5.極化，
將燒結後的壓電材料上下兩表面塗導電銀漿，在150°C下保溫1小時來烘乾漿料使燒 結後的壓電材料被銀電極，然後將被銀電極後的壓電材料放入矽油中進行矽油浴極化，極 化溫度為120°C，極化場強為5kV/mm，極化時間為40min，即得到20cmX 20cm厚度150 μ m的 PZT壓電材料。 實施例2 製備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，並置於球磨機中，在球磨機中以700轉/分的轉速溼法球磨48h，烘乾得到粒徑 0. 5 1 μ m 的 PZT 粉；
2.噴塗，
選取15cmX 15cm的塑料基板，用無水乙醇對塑料基板進行表面清潔處理，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，噴槍噴塗距離0. 2m,速度700m/s，噴塗厚度80 μ m ；
3.滾壓，
為保證所制大尺寸壓電材料的平整度，利用滾輪以每平方釐米980N的滾壓力進行滾
壓；
4.燒結成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C溫度條件下保溫1小時，熔融分解去除塑料基板和水 分、有機物等雜質，然後以10°C /min的升溫速度將溫度提升至1240°C，並在1240°C的燒結 溫度下保溫1小時；
5.極化，將步驟4製得的燒結後的壓電材料上下兩表面塗覆導電銀漿，在150°C下保溫1來烘 幹漿料使燒結後的壓電材料被銀電極，然後將被銀電極後的壓電材料放入矽油中進行矽油 浴極化，極化溫度為100°C，極化場強為3kV/mm，極化時間為20min，即得到15cmX 15cm厚度 80iim的PZT壓電材料。實施例3 製備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，並置於球磨機中，以700轉/分的轉速下溼法球磨48小時，烘乾得到粒徑0. 5^1 u m 的粉體；
2.噴塗，
選取20CmX20Cm的塑料基板，用無水乙醇對塑料基板進行表面清潔處理，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，噴槍噴塗距離0. 3m,速度200m/s，噴塗厚度200 y m ；
3.滾壓，
為保證所制大尺寸壓電材料的平整度，利用滾輪以每平方釐米980N的滾壓力進行滾
壓；
4.燒結成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C下保溫1小時，熔融分解去除塑料基板和水分、有機物 等雜質，然後以3°C /min的升溫速度將溫度提升至700°C，並在700°C的燒結溫度下保溫2 小時；
5.極化，
將步驟4製得的燒結後的壓電材料上下兩表面塗覆導電銀漿，在150°C下保溫1小時 來烘乾漿料使燒結後的壓電材料被銀電極；然後將被銀電極後的壓電材料放入矽油中進行 矽油浴極化，極化溫度為130°C，極化場強為7kV/mm，極化時間為60min，即得到20cmX 20cm 厚度200 ii m的KNN壓電材料。實施例4 製備 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，並置於球磨機中，在球磨機中以700轉/分的轉速溼法球磨36小時，烘乾得到粒徑 0. 5^1 u m的粉體；
2.噴塗，
選取15cmX 15cm的塑料基板，用無水乙醇對塑料基板進行表面清潔處理，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，噴槍噴塗距離0. 3m,噴槍噴塗速度600m/s，噴塗厚度50 y m ；
3.滾壓，
為保證所制大尺寸壓電材料的平整度，利用滾輪以每平方釐米980N的滾壓力進行滾
壓；
6
4.燒結成型，
將步驟3處理過的坯體在250°C下保溫1小時，熔融分解去除塑料基板和水分、有機物 等雜質，然後以5°C /min的升溫速度將溫度提升至1140°C，並在1140°C的燒結溫度下保溫 1. 5小時；
5.極化，
將步驟4製得的燒結後的壓電材料上下兩表面塗導電銀漿，在150°C下保溫1小時來烘 幹漿料使燒結後的壓電材料被銀電極，然後將被銀電極後的壓電材料放入矽油中進行矽油 浴極化，極化溫度為120°C，極化場強為6kV/mm，極化時間為30min，即得到15cmX 15cm厚度 50μπι的BNKT壓電材料。
權利要求
一種噴塗技術製備道路用壓電材料的方法，其特徵在於，該方法將壓電陶瓷粉進行制粉處理後進行噴塗，然後對其進行滾壓後燒結，最後極化，製得道路用壓電材料，具體按以下步驟進行步驟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於球磨機中，以700轉/分的轉速溼法球磨24～48h，之後進行烘乾，得到粒徑為0.5~1μm的粉體；步驟2噴塗，選取與所需壓電材料尺寸相同的塑料基板，用無水乙醇對塑料基板進行表面清潔處理，將步驟1製得的粉體用噴槍噴到塑料基板上，得到坯體；步驟3滾壓，用滾輪以每平方釐米980N的滾壓力對步驟2製得的坯體進行滾壓；步驟4，燒結成型，將步驟3處理過的坯體在250℃溫度條件下保溫1小時，熔融分解去除塑料基板、水分和有機物等雜質，然後以3～10℃/min的升溫速度將溫度提升至700～1400℃，並在700～1400℃的溫度下保溫1～2小時，製得燒結後的壓電材料；步驟5，極化，將步驟4製得的燒結後的壓電材料上下兩表面塗覆導電銀漿，在150℃下保溫1h來烘乾漿料使燒結後的壓電材料被銀電極；然後將被銀電極後的壓電材料放入矽油中進行矽油浴極化，即得所需尺寸的壓電材料。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟1中的壓電陶瓷粉的粒徑為 2 6 μ m0
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟2中噴槍壓強為0.02 0. 05MPa,噴槍噴塗距離0. 2 0. 35m,噴槍噴塗速度200 700m/s，噴塗厚度50 200 μ m。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟5中極化溫度為100 130°C，極化場強為3 7kV/mm，極化時間為20 60min。
全文摘要
一種噴塗技術製備道路用壓電材料的方法，該方法將壓電陶瓷粉進行制粉處理後進行噴塗，然後對其進行滾壓後燒結，最後極化，製得道路用壓電材料。解決了適合於道路上規模化使用的大尺寸壓電材料的製備的問題。通過本製備方法製得所需尺寸的道路用壓電材料，一次性成膜厚度可達50～80μm，可提高生產率30～40%，降低能耗約30%，並且在製備過程中無有機溶劑揮發。
文檔編號B28B1/32GK101885611SQ201010239678
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者何超, 楊東, 牛毅, 範曄, 陳文革 申請人:西安理工大學