一种基于冷冻铸造法制备压电陶瓷纤维复合材料驱动器的方法技术

一种基于冷冻铸造法制备压电陶瓷纤维复合材料驱动器的方法，利用冷冻铸造技术，以陶瓷粉末为原料，加入添加剂、分散剂、粘结剂和助烧剂，配制成陶瓷浆料，经冷冻、真空干燥、烧结后得到片层状陶瓷；将其在真空下浸渍填充聚合物，获得陶瓷/聚合物压电纤维复合物；利用磁控溅射、3D打印等技术，将材料双面镀上叉指型电极，得到叉指型压电纤维复合材料器件。本发明专利技术采用冷冻铸造技术，打破传统制备压电纤维复合材料的局限性，层状结构更加致密，层间距能够达到微米级，提高电子器件的机电耦合性和机电转换效率；同时简化MFC制备工艺，提升柔塑性和能量转化效率；适用于多种压电陶瓷材料，工艺流程简单，可控性强，成本低、绿色环保，适合于批量生产多种尺寸类型的柔性驱动器、传感器、减震器。减震器。减震器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于冷冻铸造法制备压电陶瓷纤维复合材料驱动器的方法


[0001]本专利技术属于电子材料与器件领域，特别涉及一种使用冷冻铸造法制备压电纤维复合材料驱动器的方法。

技术介绍

[0002]压电复合材料是指由至少一种压电相材料与非压电相基体按照一定的连通方式、一定的体积质量比例、一定的几何空间分布组合而成的材料。压电复合材料既保持了压电陶瓷的压电效应，又具有聚合物的柔性，因此被广泛的应用于驱动器、传感器、能量采集、声学控制等领域。
[0003]2001年，美国航空航天局兰利研究中心(NASA Langley Research Center)报道了关于粗压电纤维复合材料(Macro Fiber Composites，简称MFC)的研究及应用。MFC主要由三层组成，包括上下两层的叉指型电极层与中间的压电陶瓷纤维和聚合物组成的压电纤维复合材料。他们采用注塑成型(Injection Molding，又称注射模塑成型)法制备MFC驱动器，先用流延成型法制备PZT压电陶瓷胚体，烧结后切割成陶瓷纤维阵列，将环氧树脂浇筑到压电纤维阵列中构成复合材料，然后机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冷冻铸造法制备压电陶瓷纤维复合材料驱动器的方法，其特征在于，所述复合材料驱动器的复合材料层由冷冻铸造法制备的压电陶瓷和聚合物复合而成，包括以下步骤：步骤一：制备陶瓷浆料将陶瓷粉末、添加剂、分散剂、粘结剂、助烧剂混合均匀后，将上述粉末放入球磨罐中，加入溶剂，球磨后制得陶瓷浆料；步骤二：冷冻将陶瓷浆料置于冷冻模具中，直至冷冻模具中试样完全冷冻；步骤三：冷冻干燥将冷冻完全的试样脱模，放置在真空冷冻干燥机中，使冰晶升华，去除溶剂，得到片层状多孔陶瓷素坯；步骤四：烧结将片层状多孔陶瓷素坯进行烧结，烧结温度为900～1500℃，保温时间为0.5～2h，得到具有层状以及多孔结构的压电陶瓷，该压电陶瓷具有结合强度；其中，片层状多孔压电陶瓷的陶瓷壁厚为10～50μm之间，层间距为10～70μm之间；步骤五：真空浸渍将步骤四获得的压电陶瓷在真空状态下浸渍于聚合物溶液中，使聚合物充分填充进压电陶瓷中，然后移入恒温烘箱中，使其完全固化，得到陶瓷/聚合物复合材料；步骤六：切割将步骤五中固化完全的复合材料切割成所需厚度的薄片，去除薄片底部的1/3部分，其余部分表面打磨平整，获得陶瓷
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聚合物压电纤维复合物，为片层状结构；步骤七：镀电极将步骤六得到的压电纤维复合薄片的上下表面沉积电极，在整个过程中使压电纤维复合薄片上下表面的电极电路完全重叠。2.根据权利要求1所述的一种基于冷冻铸造法制备压电陶瓷纤维复合材料驱动器的方法，其特征在于，步骤一中，每10g陶瓷粉末加入4～165ml溶剂、0～0.3g添加剂、0.01～0.3g分散剂、0.01～0.5g粘结剂和0.01～0.5g助烧剂，最终配制成浓度为1～30vol％的陶瓷浆料。3.根据权利要求1所述的一种基于冷冻铸造法制备压电陶瓷纤维复合材料驱动器的方法，其特征在于，步骤一中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周大雨，李蕊，孙纳纳，王梦晓，习娟，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：