一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料制造技术

本发明专利技术属于土木工程智能材料领域，具体涉及一种0‑3型PZT‑钢渣压电复合材料。所述0‑3型PZT‑钢渣压电复合材料的各组分按重量份数计为：钢渣22～30份，PZT 55～65份，水12～17份。本发明专利技术采用钢渣碳化硬化形成压电复合材料基体，利用粉料预混压制成型模式提高了压电相在基体内的分散，同时，碳化钢渣的力学强度高、发展快，基体密实性高，力学性能和耐久性优异，钢渣碳化基体与压电相力学性能的匹配程度高，有利于该复合材料的长期性能稳定；2)本发明专利技术所述制备方法工艺简单可控，制备得到的0‑3型PZT‑钢渣复合压电材料具有压电与力学性能优异、耐久性高、可控程度高及成本低等优点。

A 0-3 PZT-steel slag piezoelectric composite

The invention belongs to the field of civil engineering intelligent materials, in particular to a 0 3 PZT steel slag piezoelectric composite material. The components of the 0 3 PZT steel slag piezoelectric composites are 22-30 parts of steel slag, 55-65 parts of PZT and 12-17 parts of water by weight. The invention adopts steel slag carbonization hardening to form piezoelectric composite matrix, improves the dispersion of piezoelectric phase in the matrix by using powder pre-mixing pressing mode, and at the same time, the mechanical strength of the steel slag is high, the development is fast, the compactness of the matrix is high, the mechanical properties and durability are excellent, and the matching degree of the mechanical properties between the steel slag carbonization matrix and the piezoelectric phase is high, which is beneficial to the long-term performance of the composite. The preparation method is simple and controllable, and the prepared PZT steel slag composite piezoelectric material has the advantages of excellent piezoelectric and mechanical properties, high durability, high controllability and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料
本专利技术属于土木工程智能材料领域，具体涉及一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料。
技术介绍
目前，我国海洋工程、地下工程、大型桥梁、高速铁路等重大工程对混凝土结构的耐久性和安全性提出了更高要求，应用智能传感器对其服役性能进行在线实时监测是保障重大土木工程结构的有效手段与前沿研究方向。压电陶瓷传感器被广泛应用于混凝土结构检测中。但压电陶瓷传感器功能单一，与混凝土存在结合不牢靠、易脱落等相容性问题，导致反馈的检测信号不准确，给混凝土检测带来了许多错误干扰信息。因此，人们开展了水泥基压电陶瓷的研究，通过水泥水化硬化体与压电陶瓷功能相有机组合制备出了与混凝土具有良好相容性的复合压电材料，在具备压电陶瓷的基本压电特性的同时，还兼具容重可调控、声阻抗匹配性优良等特性，因而在重大土木工程的性能检测中具有广阔的应用前景。目前，传统水泥基压电材料均以水泥水化硬化为其强度发展机制，存在强度低和发展慢、耐久性不稳定以及基体与压电相力学性能不匹配等问题。因此，传统水泥基压电材料很难实现高压电性能与良好力学耐久性兼得。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料，各组分按重量份数计为：钢渣22～30份，PZT55～65份，水12～17份。上述方案中，所述钢渣为粒径分布在0.5～80μm，表观密度大于3000kg/m3，比表面积大于450m2/kg，含铁量小于1％的钢渣粉。上述方案中，所述PZT由两种或三种粒径不同的PTZ混合而成，粒径不同的PTZ分别为：PZT-A，粒径分布在0.15～1.5μm；PZT-B，粒径分布在1～74μm；PZT-C，粒径分布在150～400μm。上述方案中，所述PZT-A、PZT-B和PZT-C的表观密度均大于7500kg/m3，压电应变常数均大于450pC/N。上述方案中，所述PZT由三种粒径不同的PTZ混合而成，所述PZT的组分配比按质量百分比计为：PZT-A8％～18％，PZT-B22％～32％，PZT-C60％～70％。上述方案中，所述PZT由两种粒径不同的PTZ混合而成，所述PZT的组分配比按质量百分比计为：PZT-A30％，PZT-B70％。上述0-3型PZT-钢渣压电复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)将钢渣、PZT按比例混合均匀，加水搅拌均匀得到湿料；2)将湿料压制成型得到坯体，将坯体立即放入碳化桶中进行碳化生成PZT-钢渣压电复合材料。上述方案中，所述碳化的条件为：纯度为99.8％的CO2，碳化压强在0.3MPa，碳化温度20℃，碳化时间在0.5～3小时。本专利技术的有益效果如下：1)本专利技术采用钢渣碳化硬化形成压电复合材料基体，利用粉料预混压制成型模式提高了压电相在基体内的分散，同时，碳化钢渣的力学强度高、发展快，基体密实性高，力学性能和耐久性优异，钢渣碳化基体与压电相力学性能的匹配程度高，有利于该复合材料的长期性能稳定；2)本专利技术所述制备方法工艺简单可控，制备得到的0-3型PZT-钢渣复合压电材料具有压电与力学性能优异、耐久性高、可控程度高及成本低等优点。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例中，单轴抗压强度用试块直径10mm，高度12mm，所用伺服万能试验机的加载速率控制在0.5mm/s。采用准静态d33测量仪对d33进行测量。实施例1一种0-3型PZT-钢渣复合压电材料，它包括以下占复合材料总重量的百分比组分：钢渣27份，PZT60份，水13份。钢渣为粒径分布在0.5-80μm，表观密度大于3000kg/m3，比表面积大于450m2/kg，含铁量小于1％的钢渣粉。PZT由三种粒径不同的PTZ组成，PZT-A的粒径分布在0.15～1.5μm，PZT-B的粒径分布在1～74μm，PZT-C的粒径分布在150～400μm，三种PTZ的表观密度均大于7500kg/m3，压电应变常数均大于450pC/N。PZT包括以下三种不同粒径PZT按一定质量比混合而成：PZT-A10％，PZT-B28％，PZT-C62％。制备方法：首先将钢渣与PZT在球磨机上球磨1小时充分混合，然后取出混料加入水搅拌均匀，将加水拌匀后的湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到坯体，将制得的坯体立即放入碳化桶中进行碳化，碳化压力为0.3MPa，碳化温度为20℃，碳化时间2h，碳化结束后，得到0-3型PZT-钢渣复合压电材料。本实施例制得的0-3型PZT-钢渣复合压电材料达到的技术指标为：2小时抗压强度35.4MPa，d33为27.9pC/N，表明该材料的表明压电性能非常好。实施例2一种0-3型PZT-钢渣复合压电材料，它包括以下占复合材料总重量的百分比组分：钢渣30份，PZT55份，水15份。钢渣为粒径分布在0.5-80μm，表观密度大于3000kg/m3，比表面积大于450m2/kg，含铁量小于1％的钢渣粉。PZT由三种粒径不同的PTZ组成，PZT-A的粒径分布在0.15～1.5μm，PZT-B的粒径分布在1～74μm，PZT-C的粒径分布在150～400μm，三种PTZ的表观密度均大于7500kg/m3，压电应变常数均大于450pC/N。PZT包括以下三种不同粒径PZT按一定质量比混合而成：PZT-A10％，PZT-B28％，PZT-C62％。制备方法：首先将钢渣与PZT在球磨机上球磨1小时充分混合，然后取出混料加入水搅拌均匀，将加水拌匀后的湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到坯体，将制得的坯体立即放入碳化桶中进行碳化，碳化压力为0.3MPa，碳化温度为20℃，碳化时间2h。本实施例制得的0-3型PZT-钢渣复合压电材料达到的技术指标为：2小时抗压强度40.2MPa，d33为18.35pC/N，表明该材料的表明压电性能非常好。实施例3一种0-3型PZT-钢渣复合压电材料，它包括以下占复合材料总重量的百分比组分：钢渣22份，PZT65份，水13份。钢渣为粒径分布在0.5-80μm，表观密度大于3000kg/m3，比表面积大于450m2/kg，含铁量小于1％的钢渣粉。PZT由三种粒径不同的PTZ组成，PZT-A的粒径分布在0.15～1.5μm，PZT-B的粒径分布在1～74μm，PZT-C的粒径分布在150～400μm，三种PTZ的表观密度均大于7500kg/m3，压电应变常数均大于450pC/N。PZT包括以下三种不同粒径PZT按一定质量比混合而成：PZT-A10％，PZT-B28％，PZT-C62％。制备方法：首先将钢渣与PZT在球磨机上球磨1小时充分混合，然后取出混料加入水搅拌均匀，将加水拌匀后的湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到坯体，将制得的坯体立即放入碳化桶中进行碳化，碳化压力为0.3MPa，碳化温度为20℃，碳化时间2h。本实施例制得的0-3型PZT-钢渣复合压电材料达到的技术指标为：2小时抗压强度22.5MPa，d33为38.9pC/N，表明该材料的表明压电性能非常好。实施例4一种0-3型PZT-钢渣复合压电材料，它包括以下占复合材料总重量的百分比组分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种0‑3型PZT‑钢渣压电复合材料，其特征在于，各组分按重量份数计为：钢渣22~30份，PZT 55~65份，水12~17份。

【技术特征摘要】
1.一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料，其特征在于，各组分按重量份数计为：钢渣22~30份，PZT55~65份，水12~17份。2.根据权利要求1所述的0-3型PZT-钢渣压电复合材料，其特征在于，所述钢渣为粒径分布0.5~80µm，表观密度大于3000kg/m3，比表面积大于450m2/kg，含铁量小于1%的钢渣粉。3.根据权利要求1所述的0-3型PZT-钢渣压电复合材料，其特征在于，所述PZT由两种或三种粒径不同的PTZ混合而成，粒径不同的PTZ分别为：PZT-A，粒径分布在0.15~1.5µm；PZT-B，粒径分布在1~74µm；PZT-C，粒径分布在150~400µm。4.根据权利要求3所述的0-3型PZT-钢渣压电复合材料，其特征在于，所述PZT-A、PZT-B和PZT-C的表观密度均大于7500kg/m3，压电应变常数均大于450pC/N。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡曙光，冀更新，刘志超，何永佳，王发洲，陈平，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42