专利名称：一种喷涂技术制备道路用压电材料的方法
技术领域：
本发明属于功能材料制备技术领域，涉及一种压电材料的制备方法，具体涉及一 种喷涂技术制备道路用压电材料的方法。
背景技术：
随着经济的发展，人民生活水平的提高，汽车的保有量逐年大幅增加，若能够通过 将行驶在道路上的汽车载荷转变成道路两侧、甚至更远地方居民生活用电，具有很高的社 会意义和经济价值。压电材料是一种理想的机电能量转换材料，具有很高的能量密度，其峰值能量密 度可达100-10000kW/kg，这就使利用很小体积的压电装置产生高功率的电能成为可能。为 了满足压电材料在机电能量转换这一新的应用，需要一种新方法制备出适合于道路上规模 化使用的大尺寸压电材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种喷涂技术制备道路用压电材料的方法，该方法可以根据 需要制得所要求尺寸的压电材料，尤其适用于大尺寸压电材料的制备。本发明所采用的技术方案是，一种喷涂技术制备道路用压电材料的方法，该方法 将压电陶瓷粉进行制粉处理后进行喷涂，然后对其进行滚压后烧结，最后极化，制得道路用 压电材料，具体按以下步骤进行
步骤1 制粉，
在压电陶瓷粉中加入浓度为95%的酒精，每kg压电陶瓷粉中添加酒精200ml，将添加了 酒精的压电陶瓷粉置于球磨机中，以700转/分的转速湿法球磨24 48h，之后进行烘干， 得到粒径为0. 5^1 u m的粉体； 步骤2 喷涂，
选取与所需压电材料尺寸相同的塑料基板，用无水乙醇对塑料基板进行表面清洁处 理，将步骤1制得的粉体用喷枪喷到塑料基板上，得到坯体； 步骤3:滚压，
用滚轮以每平方厘米980N的滚压力对步骤2制得的坯体进行滚压； 步骤4，烧结成型，
将步骤3处理过的坯体在250°C温度条件下保温1小时，熔融分解去除塑料基板、水 分和有机物等杂质，然后以3 10°C /min的升温速度将温度提升至700 1400°C，并在 700 1400°C的温度下保温1 2小时，制得烧结后的压电材料； 步骤5，极化，
将步骤4制得的烧结后的压电材料上下两表面涂覆导电银浆，在150°C下保温lh来烘 干浆料使烧结后的压电材料被银电极；然后将被银电极后的压电材料放入硅油中进行硅油 浴极化，即得所需尺寸的压电材料。
其中步骤1中的压电陶瓷粉的粒径为2飞u m。其中步骤2中喷枪压强为0. 02 0. 05MPa,喷枪喷涂距离0. 2 0. 35m,喷枪喷涂 速度200 700m/s，喷涂厚度50 200 u m。其中步骤5中极化温度为100 130°C，极化场强为3 7kV/mm，极化时间为20 60mino本发明方法的有益效果是，可通过本制备方法制得所需的大尺寸的道路用压电 材料，并且在制备过程中无有机溶剂挥发。
具体实施例方式下面结合附图
和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明的一种喷涂技术制备道路用压电材料的方法，其制备工艺具体包括 步骤1 制粉，
取粒径为2飞i! m的压电陶瓷粉，在压电陶瓷粉中加入浓度为95%的酒精，每kg压电陶 瓷粉中添加酒精200ml，并置于球磨机中，以700转/分的转速湿法球磨24 48h，之后进 行烘干，得到粒径为0. 5^1 u m的粉体； 步骤2 喷涂，
选取与所需压电材料尺寸相同的塑料基板，用无水乙醇对塑料基板进行表面清洁处 理，将步骤1制得的粉体用喷枪喷到塑料基板上，得到坯体；
其中，喷枪压力0. 02 0. 05MPa,喷枪喷涂距离0. 2 0. 35m,速度200 700m/s,喷涂 厚度50 200 y m ； 步骤3，滚压，
为保证所制大尺寸压电材料的平整度，用滚轮以每平方厘米980N的滚压力对步骤2制 得的坯体进行滚压； 步骤4，烧结成型，
将步骤3处理过的坯体在250°C温度条件下保温1小时，熔融分解去除塑料基板、水 分和有机物等杂质，然后以3 10°C /min的升温速度将温度提升至700 1400°C，并在 700 1400°C的温度下保温1 2小时，制得烧结后的压电材料； 步骤5，极化，
将步骤4制得的烧结后的压电材料上下两表面涂覆导电银浆，在150°C下保温lh来烘 干浆料使烧结后的压电材料被银电极；然后将被银电极后的压电材料放入硅油中进行硅油 浴极化，即得所需尺寸的压电材料；
其中，极化温度为100 130°C，极化场强为3 7kV/mm，极化时间为20 60min。本发明提供的压电材料的制备方法制得的压电材料，在道路上能够规模化使用的 低成本压电材料。本制备方法的特点是一次性成膜厚度可达50 80 ym，可提高生产率 30 40% ；降低能耗约30% ；无有机溶剂挥发，对劳动者的身体没有损害。将上述工艺制备的压电材料铺设于路面内或直接作为路面组成部分，通过车辆行 驶时冲击振动力来发电，所产生的电能经过电路调整、储存、输出，可充当路政设施和居民 生活所需的工作电源。实施例1 制备20cmX20cm厚度150iim的PZT (Pb (ZrJD 03锆钛酸铅)压电材料
1.制粉，
在粒径2飞μ m的PZT粉中加入浓度为95%的酒精，为每kg压电陶瓷粉中添加酒精 200ml,并置于球磨机中，在球磨机中以700转/分的转速下湿法球磨24h，烘干得到粒径 0. 5 1 μ m的PZT粉体；
2.喷涂，
选取20CmX20Cm的塑料基板，用无水乙醇对塑料基板进行表面清洁处理，将步骤1获 得粒径Iymm PZT粉体用喷枪喷到塑料基板上，得到20cmX20cm的坯体；其中喷枪压力 0. 02MPa，喷枪喷涂距离0. 35m,喷枪喷涂速度500m/s，喷涂厚度150 μ m ；
3.滚压，
为保证所制大尺寸压电材料的平整度，利用滚轮以每平方厘米980N的滚压力对步骤2 制得的坯体进行滚压；
4.烧结成型，
将步骤3处理过的坯体在250°C下保温1小时，熔融分解去除塑料基板和水分、有机物 等杂质，然后在5°C /min的升温速度将温度提升至1400°C，并在1400°C的烧结温度下保温 2小时；
5.极化，
将烧结后的压电材料上下两表面涂导电银浆，在150°C下保温1小时来烘干浆料使烧 结后的压电材料被银电极，然后将被银电极后的压电材料放入硅油中进行硅油浴极化，极 化温度为120°C，极化场强为5kV/mm，极化时间为40min，即得到20cmX 20cm厚度150 μ m的 PZT压电材料。 实施例2 制备15cmX 15cm厚度80 μ m的(PZT) (Pb (ZrxTi1J O3锆钛酸铅)压电 材料
1.制粉，
将粒径为2飞μ m的PZT粉中加入浓度为95%的酒精，为每kg压电陶瓷粉中添加酒 精200ml，并置于球磨机中，在球磨机中以700转/分的转速湿法球磨48h，烘干得到粒径 0. 5 1 μ m 的 PZT 粉；
2.喷涂，
选取15cmX 15cm的塑料基板，用无水乙醇对塑料基板进行表面清洁处理，将步骤1 获得粒径0.6μπι的PZT粉用喷枪喷到塑料基板上，得到15cmX15cm的坯体；喷枪压力 0. 05MPa，喷枪喷涂距离0. 2m,速度700m/s，喷涂厚度80 μ m ；
3.滚压，
为保证所制大尺寸压电材料的平整度，利用滚轮以每平方厘米980N的滚压力进行滚
压；
4.烧结成型，
将步骤3处理过的坯体在250°C温度条件下保温1小时，熔融分解去除塑料基板和水 分、有机物等杂质，然后以10°C /min的升温速度将温度提升至1240°C，并在1240°C的烧结 温度下保温1小时；
5.极化，将步骤4制得的烧结后的压电材料上下两表面涂覆导电银浆，在150°C下保温1来烘 干浆料使烧结后的压电材料被银电极，然后将被银电极后的压电材料放入硅油中进行硅油 浴极化，极化温度为100°C，极化场强为3kV/mm，极化时间为20min，即得到15cmX 15cm厚度 80iim的PZT压电材料。实施例3 制备20cmX 20cm厚度200 y m的KNN (K1_xNaxNb03铌酸钠钾)基压电材 料
1.制粉，
将粒径2飞ym的KNN粉中加入浓度为95%的酒精，为每kg压电陶瓷粉中添加酒精 200ml，并置于球磨机中，以700转/分的转速下湿法球磨48小时，烘干得到粒径0. 5^1 u m 的粉体；
2.喷涂，
选取20CmX20Cm的塑料基板，用无水乙醇对塑料基板进行表面清洁处理，将步骤1 获得粒径0. 5iim的KNN粉用喷枪喷到塑料基板上，得到20cmX20cm的坯体；喷枪压力 0. 04MPa，喷枪喷涂距离0. 3m,速度200m/s，喷涂厚度200 y m ；
3.滚压，
为保证所制大尺寸压电材料的平整度，利用滚轮以每平方厘米980N的滚压力进行滚
压；
4.烧结成型，
将步骤3处理过的坯体在250°C下保温1小时，熔融分解去除塑料基板和水分、有机物 等杂质，然后以3°C /min的升温速度将温度提升至700°C，并在700°C的烧结温度下保温2 小时；
5.极化，
将步骤4制得的烧结后的压电材料上下两表面涂覆导电银浆，在150°C下保温1小时 来烘干浆料使烧结后的压电材料被银电极；然后将被银电极后的压电材料放入硅油中进行 硅油浴极化，极化温度为130°C，极化场强为7kV/mm，极化时间为60min，即得到20cmX 20cm 厚度200 ii m的KNN压电材料。实施例4 制备 15cmX 15cm 厚度 50 y m 的 BNKT ( (NaxK1_x)0.5Bi0.5Ti03 钛酸铋钠钾) 压电材料
1.制粉，
在粒径2飞y m的BNKT粉中加入浓度为95%的酒精，为每kg压电陶瓷粉中添加酒精 200ml，并置于球磨机中，在球磨机中以700转/分的转速湿法球磨36小时，烘干得到粒径 0. 5^1 u m的粉体；
2.喷涂，
选取15cmX 15cm的塑料基板，用无水乙醇对塑料基板进行表面清洁处理，将步骤1 获得粒径0. 8 ii m的BNKT粉用喷枪喷到塑料基板上，得到15cmX 15cm的坯体；喷枪压力 0. 04MPa，喷枪喷涂距离0. 3m,喷枪喷涂速度600m/s，喷涂厚度50 y m ；
3.滚压，
为保证所制大尺寸压电材料的平整度，利用滚轮以每平方厘米980N的滚压力进行滚
压；
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4.烧结成型，
将步骤3处理过的坯体在250°C下保温1小时，熔融分解去除塑料基板和水分、有机物 等杂质，然后以5°C /min的升温速度将温度提升至1140°C，并在1140°C的烧结温度下保温 1. 5小时；
5.极化，
将步骤4制得的烧结后的压电材料上下两表面涂导电银浆，在150°C下保温1小时来烘 干浆料使烧结后的压电材料被银电极，然后将被银电极后的压电材料放入硅油中进行硅油 浴极化，极化温度为120°C，极化场强为6kV/mm，极化时间为30min，即得到15cmX 15cm厚度 50μπι的BNKT压电材料。
权利要求
一种喷涂技术制备道路用压电材料的方法，其特征在于，该方法将压电陶瓷粉进行制粉处理后进行喷涂，然后对其进行滚压后烧结，最后极化，制得道路用压电材料，具体按以下步骤进行步骤1制粉，在压电陶瓷粉中加入浓度为95%的酒精，每kg压电陶瓷粉中添加酒精200ml，将添加了酒精的压电陶瓷粉置于球磨机中，以700转/分的转速湿法球磨24～48h，之后进行烘干，得到粒径为0.5~1μm的粉体；步骤2喷涂，选取与所需压电材料尺寸相同的塑料基板，用无水乙醇对塑料基板进行表面清洁处理，将步骤1制得的粉体用喷枪喷到塑料基板上，得到坯体；步骤3滚压，用滚轮以每平方厘米980N的滚压力对步骤2制得的坯体进行滚压；步骤4，烧结成型，将步骤3处理过的坯体在250℃温度条件下保温1小时，熔融分解去除塑料基板、水分和有机物等杂质，然后以3～10℃/min的升温速度将温度提升至700～1400℃，并在700～1400℃的温度下保温1～2小时，制得烧结后的压电材料；步骤5，极化，将步骤4制得的烧结后的压电材料上下两表面涂覆导电银浆，在150℃下保温1h来烘干浆料使烧结后的压电材料被银电极；然后将被银电极后的压电材料放入硅油中进行硅油浴极化，即得所需尺寸的压电材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的压电陶瓷粉的粒径为 2 6 μ m0
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中喷枪压强为0.02 0. 05MPa,喷枪喷涂距离0. 2 0. 35m,喷枪喷涂速度200 700m/s，喷涂厚度50 200 μ m。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5中极化温度为100 130°C，极化场强为3 7kV/mm，极化时间为20 60min。
全文摘要
一种喷涂技术制备道路用压电材料的方法，该方法将压电陶瓷粉进行制粉处理后进行喷涂，然后对其进行滚压后烧结，最后极化，制得道路用压电材料。解决了适合于道路上规模化使用的大尺寸压电材料的制备的问题。通过本制备方法制得所需尺寸的道路用压电材料，一次性成膜厚度可达50～80μm，可提高生产率30～40%，降低能耗约30%，并且在制备过程中无有机溶剂挥发。
文档编号B28B1/32GK101885611SQ201010239678
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者何超, 杨东, 牛毅, 范晔, 陈文革 申请人:西安理工大学