本發(fā)明涉及壓電陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：壓電陶瓷材料是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的信息功能陶瓷材料，壓電陶瓷材料除具有壓電性外，還具有介電性和彈性等。壓電陶瓷材料是利用在機(jī)械應(yīng)力作用下，引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷即壓電效應(yīng)而制作，具有敏感的特性，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、聲傳感器、聲換能器和超聲馬達(dá)等。目前市面上大多數(shù)為含鉛壓電陶瓷材料，這種材料的原料在揮發(fā)過程中會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，不管在生產(chǎn)過程中還是使用中以及廢棄處理后都會(huì)給環(huán)境帶來嚴(yán)重的損害，而且在材料的制備過程中，氧化鉛的揮發(fā)會(huì)使材料的化學(xué)計(jì)量比與設(shè)計(jì)比例發(fā)生較大偏離，材料的一致性和重復(fù)性等性能因此受到極大的影響。因此，研究開發(fā)出無鉛的壓電陶瓷材料不僅能提高產(chǎn)品的性能，而且對(duì)于保護(hù)環(huán)境和人類健康都具有重要的意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：要解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，具有很好的壓電性能，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能力好，同時(shí)具有很好的抗壓性能。技術(shù)方案：無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，由以下成分以重量份制備而成：六水硝酸鑭10-20份、硝酸鋯5-10份、納米二氧化硅1-2份、三氧化二鉍0.5-1份、硝酸鋰4-8份、六水硫酸鎳2-4份、氧化鋱1-2份、正硅酸乙酯2-5份、鈦酸丁酯3-6份、椰油酸二乙醇酰胺4-8份、月桂醇聚氧乙烯醚5-10份、羧甲基纖維素鈉2-4份、氫氧化鈉5-10份。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，由以下成分以重量份制備而成：六水硝酸鑭12-18份、硝酸鋯6-9份、納米二氧化硅1.2-1.7份、三氧化二鉍0.6-0.9份、硝酸鋰5-7份、六水硫酸鎳2.5-3.5份、氧化鋱1.2-1.7份、正硅酸乙酯3-4份、鈦酸丁酯4-5份、椰油酸二乙醇酰胺5-7份、月桂醇聚氧乙烯醚6-9份、羧甲基纖維素鈉2.5-3.5份、氫氧化鈉6-9份。上述高阻隔納米復(fù)合包裝材料的制備方法包括以下步驟：步驟1：將六水硝酸鑭、硝酸鋯、硝酸鋰、六水硫酸鎳、氧化鋱、椰油酸二乙醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、羧甲基纖維素鈉和氫氧化鈉混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速150-200r/min下進(jìn)行球磨1-2小時(shí)；步驟2：加入納米二氧化硅、三氧化二鉍、正硅酸乙酯和鈦酸丁酯，繼續(xù)研磨2-4小時(shí)；步驟3：加入去離子水，放入超聲波清洗儀中進(jìn)行清洗后放入烘箱中在溫度80-90℃下烘干；步驟4：放入馬弗爐中在溫度800-1000℃下煅燒2-3小時(shí)即得。進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟1中轉(zhuǎn)速160-190r/min，球磨時(shí)間為1.5小時(shí)。進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟2中研磨時(shí)間為2.5-3.5小時(shí)。進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟3中溫度為85℃。進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟4中溫度為850-950℃，煅燒時(shí)間為2.5小時(shí)。有益效果：本發(fā)明的無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料的壓電常數(shù)d33最高可為432pC/N，具有很好的壓電性能，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能力好，同時(shí)其抗壓強(qiáng)度也可達(dá)14.9MPa，具有很好的抗壓性能。具體實(shí)施方式實(shí)施例1無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，由以下成分以重量份制備而成：六水硝酸鑭10份、硝酸鋯5份、納米二氧化硅1份、三氧化二鉍0.5份、硝酸鋰4份、六水硫酸鎳2份、氧化鋱1份、正硅酸乙酯2份、鈦酸丁酯3份、椰油酸二乙醇酰胺4份、月桂醇聚氧乙烯醚5份、羧甲基纖維素鈉2份、氫氧化鈉5份。上述高阻隔納米復(fù)合包裝材料的制備方法為：先將六水硝酸鑭、硝酸鋯、硝酸鋰、六水硫酸鎳、氧化鋱、椰油酸二乙醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、羧甲基纖維素鈉和氫氧化鈉混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速150r/min下進(jìn)行球磨1小時(shí)，加入納米二氧化硅、三氧化二鉍、正硅酸乙酯和鈦酸丁酯，繼續(xù)研磨2小時(shí)，加入去離子水，放入超聲波清洗儀中進(jìn)行清洗后放入烘箱中在溫度80℃下烘干，最后放入馬弗爐中在溫度800℃下煅燒2小時(shí)即得。實(shí)施例2無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，由以下成分以重量份制備而成：六水硝酸鑭12份、硝酸鋯6份、納米二氧化硅1.2份、三氧化二鉍0.6份、硝酸鋰5份、六水硫酸鎳2.5份、氧化鋱1.2份、正硅酸乙酯3份、鈦酸丁酯4份、椰油酸二乙醇酰胺5份、月桂醇聚氧乙烯醚6份、羧甲基纖維素鈉2.5份、氫氧化鈉6份。上述高阻隔納米復(fù)合包裝材料的制備方法為：先將六水硝酸鑭、硝酸鋯、硝酸鋰、六水硫酸鎳、氧化鋱、椰油酸二乙醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、羧甲基纖維素鈉和氫氧化鈉混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速160r/min下進(jìn)行球磨1.5小時(shí)，加入納米二氧化硅、三氧化二鉍、正硅酸乙酯和鈦酸丁酯，繼續(xù)研磨2.5小時(shí)，加入去離子水，放入超聲波清洗儀中進(jìn)行清洗后放入烘箱中在溫度85℃下烘干，最后放入馬弗爐中在溫度850℃下煅燒2.5小時(shí)即得。實(shí)施例3無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，由以下成分以重量份制備而成：六水硝酸鑭15份、硝酸鋯7.5份、納米二氧化硅1.5份、三氧化二鉍0.75份、硝酸鋰6份、六水硫酸鎳3份、氧化鋱1.5份、正硅酸乙酯3.5份、鈦酸丁酯4.5份、椰油酸二乙醇酰胺6份、月桂醇聚氧乙烯醚7.5份、羧甲基纖維素鈉3份、氫氧化鈉7.5份。上述高阻隔納米復(fù)合包裝材料的制備方法為：先將六水硝酸鑭、硝酸鋯、硝酸鋰、六水硫酸鎳、氧化鋱、椰油酸二乙醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、羧甲基纖維素鈉和氫氧化鈉混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速175r/min下進(jìn)行球磨1.5小時(shí)，加入納米二氧化硅、三氧化二鉍、正硅酸乙酯和鈦酸丁酯，繼續(xù)研磨3小時(shí)，加入去離子水，放入超聲波清洗儀中進(jìn)行清洗后放入烘箱中在溫度85℃下烘干，最后放入馬弗爐中在溫度900℃下煅燒2.5小時(shí)即得。實(shí)施例4無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，由以下成分以重量份制備而成：六水硝酸鑭18份、硝酸鋯9份、納米二氧化硅1.7份、三氧化二鉍0.9份、硝酸鋰7份、六水硫酸鎳3.5份、氧化鋱1.7份、正硅酸乙酯4份、鈦酸丁酯5份、椰油酸二乙醇酰胺7份、月桂醇聚氧乙烯醚9份、羧甲基纖維素鈉3.5份、氫氧化鈉9份。上述高阻隔納米復(fù)合包裝材料的制備方法為：先將六水硝酸鑭、硝酸鋯、硝酸鋰、六水硫酸鎳、氧化鋱、椰油酸二乙醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、羧甲基纖維素鈉和氫氧化鈉混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速190r/min下進(jìn)行球磨1.5小時(shí)，加入納米二氧化硅、三氧化二鉍、正硅酸乙酯和鈦酸丁酯，繼續(xù)研磨3.5小時(shí)，加入去離子水，放入超聲波清洗儀中進(jìn)行清洗后放入烘箱中在溫度85℃下烘干，最后放入馬弗爐中在溫度950℃下煅燒2.5小時(shí)即得。實(shí)施例5無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，由以下成分以重量份制備而成：六水硝酸鑭20份、硝酸鋯10份、納米二氧化硅2份、三氧化二鉍1份、硝酸鋰8份、六水硫酸鎳4份、氧化鋱2份、正硅酸乙酯5份、鈦酸丁酯6份、椰油酸二乙醇酰胺8份、月桂醇聚氧乙烯醚10份、羧甲基纖維素鈉4份、氫氧化鈉10份。上述高阻隔納米復(fù)合包裝材料的制備方法為：先將六水硝酸鑭、硝酸鋯、硝酸鋰、六水硫酸鎳、氧化鋱、椰油酸二乙醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、羧甲基纖維素鈉和氫氧化鈉混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速200r/min下進(jìn)行球磨2小時(shí)，加入納米二氧化硅、三氧化二鉍、正硅酸乙酯和鈦酸丁酯，繼續(xù)研磨4小時(shí)，加入去離子水，放入超聲波清洗儀中進(jìn)行清洗后放入烘箱中在溫度90℃下烘干，最后放入馬弗爐中在溫度1000℃下煅燒3小時(shí)即得。對(duì)比例1本實(shí)施例與實(shí)施例5的區(qū)別在于不含有硝酸鋰和六水硫酸鎳。具體地說是：無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，由以下成分以重量份制備而成：六水硝酸鑭10份、硝酸鋯5份、納米二氧化硅1份、三氧化二鉍0.5份、氧化鋱1份、正硅酸乙酯2份、鈦酸丁酯3份、椰油酸二乙醇酰胺4份、月桂醇聚氧乙烯醚5份、羧甲基纖維素鈉2份、氫氧化鈉5份。上述高阻隔納米復(fù)合包裝材料的制備方法為：先將六水硝酸鑭、硝酸鋯、氧化鋱、椰油酸二乙醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、羧甲基纖維素鈉和氫氧化鈉混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速150r/min下進(jìn)行球磨1小時(shí)，加入納米二氧化硅、三氧化二鉍、正硅酸乙酯和鈦酸丁酯，繼續(xù)研磨2小時(shí)，加入去離子水，放入超聲波清洗儀中進(jìn)行清洗后放入烘箱中在溫度80℃下烘干，最后放入馬弗爐中在溫度800℃下煅燒2小時(shí)即得。對(duì)比例2本實(shí)施例與實(shí)施例5的區(qū)別在于不含有納米二氧化硅和三氧化二鉍。具體地說是：無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料，由以下成分以重量份制備而成：六水硝酸鑭10份、硝酸鋯5份、硝酸鋰4份、六水硫酸鎳2份、氧化鋱1份、正硅酸乙酯2份、鈦酸丁酯3份、椰油酸二乙醇酰胺4份、月桂醇聚氧乙烯醚5份、羧甲基纖維素鈉2份、氫氧化鈉5份。上述高阻隔納米復(fù)合包裝材料的制備方法為：先將六水硝酸鑭、硝酸鋯、硝酸鋰、六水硫酸鎳、氧化鋱、椰油酸二乙醇酰胺、月桂醇聚氧乙烯醚、羧甲基纖維素鈉和氫氧化鈉混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速150r/min下進(jìn)行球磨1小時(shí)，加入正硅酸乙酯和鈦酸丁酯，繼續(xù)研磨2小時(shí)，加入去離子水，放入超聲波清洗儀中進(jìn)行清洗后放入烘箱中在溫度80℃下烘干，最后放入馬弗爐中在溫度800℃下煅燒2小時(shí)即得。各實(shí)施例和對(duì)比例材料的部分性能指標(biāo)見下表，我們可以看到本材料的壓電常數(shù)d33最高可為432pC/N，具有很好的壓電性能，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能力好，同時(shí)其抗壓強(qiáng)度也可達(dá)14.9MPa，具有很好的抗壓性能。表1無鉛納米壓電復(fù)合陶瓷材料的部分性能指標(biāo)產(chǎn)品名稱壓電常數(shù)d33（pC/N）抗壓強(qiáng)度（MPa）實(shí)施例141312.6實(shí)施例241913.1實(shí)施例342613.7實(shí)施例443214.9實(shí)施例542313.4對(duì)比例138111.3對(duì)比例237712.2注：上述性能的測定為測定本材料經(jīng)燒制、排塑、燒結(jié)、極化后制備出的陶瓷片。當(dāng)前第1頁1 2 3