[发明专利]一种0-3型PZT-γ-C2S压电复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种0‑3型PZT‑γ‑C₂S压电复合材料及其制备方法，所述压电复合材料原料由以下体积百分比的组分组成：γ‑C₂S粉22‑30％，PZT陶瓷颗粒55‑65％，水12‑17％，增强相0‑2％。本发明提供的0‑3型PZT‑γ‑C₂S压电复合材料强度高，强度发展快，密实度高，耐久性和体积稳定性优异，同时，碳化基体与压电相的力学性能匹配度高，有利于提升该复合材料的压电性能，压电与力学性能优异。

技术领域

本发明属于压电复合材料技术领域，涉及一种0-3型PZT-γ-C₂S压电复合材料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济持续发展，大量的工程项目不断被开发，如海洋工程、超高层建筑、高跨度桥梁等重大工程，对建筑材料结构的安全性提出了更高要求，智能传感器应运而生。智能传感器能够对建筑材料的服役性能进行实时监控，保障重大建筑的安全。

压电陶瓷传感器被广泛应用于混凝土结构检测中。但压电陶瓷传感器结构、功能单一，同时与混凝土结合不牢靠、容易脱落，给混凝土检测带来了许多干扰信息，影响了传感器的灵敏度。有学者希望通过将水泥与压电陶瓷复合制得水泥基压电复合材料，既解决传统压电陶瓷传感器与混凝土不相容的问题，同时也保障材料的压电功能，并且制得的材料能够具备容重可调控、声阻抗匹配性优良的特性，在混凝土检测中具有广阔应用前景。

但目前的水泥基压电复合材料均采用水泥水化硬化作为其机械强度发展机理，存在强度发展慢、基体与压电性力学性能匹配度低等问题，尤其是力学性能与压电性能不能兼顾，从而限制了水泥基压电复合材料的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种0-3型PZT-γ-C₂S压电复合材料及其制备方法，该压电复合材料具有压电与力学性能优异、耐久性与体积稳定性高的优点，并且制备工艺简单、可控程度高、成本低。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种0-3型PZT-γ-C₂S压电复合材料，其原料由以下体积百分比的组分组成：γ-C₂S粉22-30％，PZT陶瓷颗粒55-65％，水12-17％，增强相0-2％。

按上述方案，所述γ-C₂S粉粒径为0.5-80μm，表观密度为2900-3100kg/m³，比表面积为250-300m²/kg，纯度大于99％。

按上述方案，所述PZT陶瓷颗粒粒径为10-900μm，表观密度为7500-7700kg/m³，比表面积为3-7m²/kg，压电应变常数为450-600pC/N。

按上述方案，所述增强相为碳纳米管、炭黑或两者按任意比例的混合物，所述炭黑为超细炭黑粉，所述碳纳米管为羧基化多壁碳纳米管，纯度>95％，内径5-12nm，外径30-50nm，长度10-20μm，炭黑与碳纳米管表观密度均大于1800kg/m³。

本发明还包括上述0-3型PZT-γ-C₂S压电复合材料的制备方法，具体步骤为：

1)按配比称取原料，备用；

2)将γ-C₂S粉、PZT陶瓷颗粒混合并球磨均匀，根据需要加入增强相，分散均匀，再加水拌匀后得到湿料，将湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到坯体，再将制得的坯体立即放入碳化箱中进行碳化处理得到0-3型PZT-γ-C₂S压电复合材料。