專利名稱：壓電陶瓷纖維的制法的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明與壓電陶瓷纖維有關(guān)，特別有關(guān)壓電陶瓷纖維的制法。
背景技術(shù)：
所謂壓電效應有兩種，即正壓電效應及逆壓電效應。當壓電體受到電場作用時，電偶極矩會被拉長，壓電體會沿電場方向伸長，即將電能轉(zhuǎn)換為機械能。反之，對壓電體施加壓力，體內(nèi)的電偶極矩會隨材質(zhì)的壓縮而變短，此時壓電體內(nèi)為抵抗這種趨勢，將產(chǎn)生電壓以保持原狀態(tài)。因此，壓電材料具有機械能與電能之間來回轉(zhuǎn)換的特性。故壓電材料廣泛地使用于運動感應器、致動器、轉(zhuǎn)換器、微定位器、振動檢測以及超音波產(chǎn)生器等用途。傳統(tǒng)壓電材料多為塊材型式，其質(zhì)地堅硬易碎，機電轉(zhuǎn)換輸出受到限制，而局限了壓電材料的發(fā)展運用。若能將壓電材料纖維化，借由纖維化后的高長寬比，以提高其形變能·力而大幅增加其壓電特性、靈敏度與機電耦合系數(shù)，尤其纖維化后的壓電材料再結(jié)合高彈性樹脂材料形成的壓電復材可大幅提升其壓電性與機械性能，進一步拓展壓電材料的運用領域。近來，有研究開始將壓電陶瓷如鈦酸鋇(BaTi03)、鋯鈦酸鉛(PZT)纖維化，再將纖維集束與樹脂灌注形成纖維復材，接著切割及研磨纖維復材成復材薄片，該復材薄片可用于制作寬音域的薄形喇叭。目前，已有數(shù)種陶瓷纖維的制法被應用在壓電陶瓷纖維的制造上。其中常見的溶膠-凝膠(sol-gel)法，例如美國專利US 5945029，該方法將有機金屬鹽類溶解在有機溶劑中；再加入蒸餾水使有機金屬鹽類進行水解、縮合反應形成溶膠；接著利用具有至少一個孔洞的紡絲器，將溶膠擠壓成溶膠纖維；再借由干燥工藝將溶膠纖維內(nèi)所含的水蒸發(fā)而轉(zhuǎn)變?yōu)槟z纖維(生胚)；及進行熱解工藝充分去除凝膠纖維內(nèi)所含的有機溶劑；最后對凝膠纖維進行燒結(jié)，制成壓電陶瓷纖維。該制造方法的主要缺點是步驟復雜且所利用的有機金屬鹽類與有機溶劑通常帶有毒性。為了解決溶劑問題，需在工藝中設置抽氣設備及后續(xù)廢氣處理設備，因而增加設備成本及工藝的復雜性。此外，美國專利US 6451059提出一種膠狀懸浮液紡絲的方法(Viscoussuspension spinning process, VSSP),首先將陶瓷粉末在含有娃酸鹽界面活性劑的水溶液中磨漿形成漿料，接著將漿料倒入溶解有人造纖維的堿液中相互混合成混合物，然后借由具有100個孔洞的紡絲器，將混合物倒入硫酸溶液內(nèi)凝固以制造陶瓷纖維。該方法的缺點在于需要大量使用硫酸溶液，且會導致硫酸殘留在陶瓷纖維中而影響陶瓷纖維的特性。另外，有提出利用擠壓成型法制造壓電陶瓷纖維。該方法將壓電陶瓷粉末與粘結(jié)劑及交聯(lián)劑水溶液均勻混合，以形成聚合物膠體。接著，將聚合物膠體借由擠型機擠壓成型以形成陶瓷纖維生胚。然后，進行干燥及燒結(jié)步驟，即形成壓電陶瓷纖維。雖然該方法工藝簡單、成本低廉且不會造成環(huán)境污染，但是仍有擠壓困難、纖維的可塑性不佳等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種壓電陶瓷纖維的制法，該制法能夠順利擠壓成型，且擠出的壓電陶瓷纖維的可塑性良好。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種壓電陶瓷纖維的制法，該制法包括以下步驟混合壓電陶瓷粉末、粘結(jié)劑、交聯(lián)劑、潤滑劑及增塑劑，以形成漿料；對漿料進行擠壓成型步驟，以形成壓電陶瓷纖維生胚；及對壓電陶瓷纖維生胚進行燒結(jié)步驟，以形成壓電陶瓷纖維。進一步地，所述潤滑劑為丙三醇或二丙二醇。進一步地，所述潤滑劑的重量百分比介于O. 5 2. 5wt%。進一步地，所述增塑劑選自由聚乙烯乙二醇、1，3 丁二醇、1，4 丁二醇及苯醇所組成的族群。進一步地，所述增塑劑的重量百分比介于O. 5 2. 5wt%。
·
進一步地，所述壓電陶瓷粉末具有化學式ΑΒ03?；瘜W式ABO3中，A為鉛、鋇、鑭(lanthanum)、銀(strontium)、鉀或鋰，B 為鈦、錯(zirconium)、猛、鈷、銀(niobium)、鐵、鋅、鎂、乾(yttrium)、錫、鎳或鶴。進一步地，所述壓電陶瓷粉末的尺寸介于O. I I. O微米。進一步地，所述壓電陶瓷粉末的重量百分比介于70 95wt%。進一步地，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚醋酸乙烯醇或聚丙烯酸酯。進一步地，所述粘結(jié)劑的重量百分比介于3. 5 20wt%。進一步地，所述交聯(lián)劑為含硼酸、硼酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽或鋁酸鹽的水溶液。進一步地，所述交聯(lián)劑為濃度介于O. 005 O. 05M的水溶液。進一步地，所述交聯(lián)劑的重量百分比介于O. 5 5wt%。進一步地，所述擠壓成型步驟的擠壓壓力介于I 50kg/cm2。進一步地，所述壓電陶瓷纖維生胚的直徑介于75 1，000微米。進一步地，所述燒結(jié)步驟的溫度介于1，000 1，3000C。進一步地，該制法還包括在所述燒結(jié)步驟前進行干燥步驟。進一步地，所述干燥步驟的溫度介于80 120°C。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的制法主要是利用添加潤滑劑及增塑劑，可順利擠壓成型，且擠出的纖維的可塑性良好。本發(fā)明具有工藝簡單、成本低廉且不會造成環(huán)境污染的優(yōu)點，可應用于微米級尺寸壓電陶瓷纖維或其它陶瓷纖維的制作。


圖I為表示本發(fā)明的較佳實施例中壓電陶瓷纖維的制法的流程圖。附圖標記說明100 110 步驟
具體實施例方式有關(guān)本發(fā)明的詳細說明及技術(shù)內(nèi)容，將配合

如下，然而所附附圖僅作為說明用途，并非用于局限本發(fā)明。請參照圖1，圖I表示本發(fā)明的較佳實施例中壓電陶瓷纖維的制法的流程圖。首先，請參考圖I中的步驟100，使用混拌機均勻混合重量百分比為70wt% _95被％的壓電陶瓷粉末、3. 5 20wt%的粘結(jié)劑、O. 5 5wt%的交聯(lián)劑水溶液、O. 5 2. 5wt%的潤滑劑與O. 5 2. 5wt%的增塑劑，以形成漿料。壓電陶瓷粉末可具有化學式ΑΒ03?；瘜W式ABO3中，A可為鉛、鋇、鑭(lanthanum)、銀(strontium)、鉀或鋰，B 可為鈦、錯(Zirconium)^IijiJjg (niobium)、鐵、鋅、鎂、宇乙(yttrium)、錫、鎳或鶴。適用于本實施例的壓電陶瓷粉末的尺寸可介于O. I I. O微米,其重量百分比可介于70 95wt %。合適的粘結(jié)劑可為聚乙烯醇、聚醋酸乙烯醇或聚丙烯酸酯。粘結(jié)劑的重量百分比可介于3. 5 20wt%。交聯(lián)劑可為含硼酸、硼酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽或鋁酸鹽的水溶液。硼酸鹽可包括硼 酸鈉或硼酸鉀。磷酸鹽可包括磷酸鈉、磷酸鉀或磷酸錳。硅酸鹽可包括硅酸鈉、硅酸鉀或硅酸鋁。鋁酸鹽可包括鋁酸鈉或鋁酸鉀。交聯(lián)劑可為濃度介于O. 005 O. 05M的水溶液，其重量百分比介于O. 5 5wt%。當交聯(lián)劑溶于水中時產(chǎn)生帶電荷的堿性氫氧化物可與粘結(jié)劑形成立體網(wǎng)狀交聯(lián)作用，同時將陶瓷粉末束覆在其中，在自發(fā)性的脫水反應后形成緊密的立體網(wǎng)狀復合結(jié)構(gòu)。適當?shù)臐櫥瑒┛蔀楸蓟蚨?，其重量百分比可介于O. 5 2. 5wt%。適量的潤滑劑可促進擠型，避免漿料沾粘于后續(xù)步驟所使用擠出機的內(nèi)壁及孔洞。增塑劑可選自由聚乙烯乙二醇、1，3 丁二醇、1，4 丁二醇及苯醇所組成的族群。增塑劑的重量百分比介于O. 5 2. 5wt%。適量的增塑劑可改善擠出的纖維的可塑性，以達到所需規(guī)格。接著，步驟102利用三滾筒機將漿料中所含的粉末滾壓成細微粉末。接著步驟104利用擠出機進行擠壓成型，以形成所需規(guī)格的壓電陶瓷纖維生胚。擠壓成型的擠壓壓力可介于I 50kg/cm2。壓電陶瓷纖維生胚的直徑可介于75 1，000微米。接著，步驟106將纖維生胚經(jīng)由烘干爐進行干燥處理，去除纖維生胚內(nèi)所含的水分。干燥步驟的溫度介于80 120°C。接著，步驟108在干燥后的纖維生胚表面上涂敷鋯粉，增加表面耐磨度，并將其放置在氧化鋁基板上再放入坩鍋中。接著步驟110將放置于坩鍋中的纖維生胚經(jīng)由燒結(jié)爐燒結(jié)后成為纖維成品。燒結(jié)步驟的溫度可介于1，000 1，300°C。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例的具體說明，并非用以局限本發(fā)明的保護范圍，其它任何等效變換均應屬于本申請的權(quán)利要求范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，該制法包括以下步驟 混合壓電陶瓷粉末、粘結(jié)劑、交聯(lián)劑、潤滑劑及增塑劑，以形成漿料； 對該漿料進行擠壓成型步驟，以形成壓電陶瓷纖維生胚 '及 對該壓電陶瓷纖維生胚進行燒結(jié)步驟，以形成壓電陶瓷纖維。
2.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述潤滑劑為丙三醇或二丙二醇。
3.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述潤滑劑的重量百分比介于 0. 5 2. 5wt%0
4.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述增塑劑選自由聚乙烯乙二醇、1，3 丁二醇、1，4 丁二醇及苯醇所組成的族群。
5.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述增塑劑的重量百分比介于 0. 5 2. 5wt%0
6.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述壓電陶瓷粉末具有化學式AB03?；瘜W式ABO3中,八為鉛、鋇、鑭(Ianthanum)Ji (strontium)、鉀或鋰,B為鈦、錯(zirconium)、猛、鈷、銀(niobium)、鐵、鋅、鎂、乾(yttrium)、錫、鎳或鶴。
7.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述壓電陶瓷粉末的尺寸介于0. I 1.0微米。
8.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述壓電陶瓷粉末的重量百分比介于70 95wt%。
9.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚醋酸乙烯醇或聚丙烯酸酯。
10.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述粘結(jié)劑的重量百分比介于3. 5 20wt%。
11.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為含硼酸、硼酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽或鋁酸鹽的水溶液。
12.如權(quán)利要求11所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為濃度介于0.005 0. 05M的水溶液。
13.如權(quán)利要求11所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述交聯(lián)劑的重量百分比介于0. 5 5wt %。
14.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述擠壓成型步驟的擠壓壓力介于I 50kg/cm2。
15.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述壓電陶瓷纖維生胚的直徑介于75 1,000微米。
16.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述燒結(jié)步驟的溫度介于1,000 1，300。。。
17.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，該制法還包括在所述燒結(jié)步驟前進行干燥步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的壓電陶瓷纖維的制法，其特征在于，所述干燥步驟的溫度介于 80 120°C。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)一種壓電陶瓷纖維的制法，該制法包括以下步驟混合壓電陶瓷粉末、粘結(jié)劑、交聯(lián)劑、潤滑劑及增塑劑，以形成漿料；對漿料進行擠壓成型步驟，以形成壓電陶瓷纖維生胚；及對壓電陶瓷纖維生胚進行燒結(jié)步驟，以形成壓電陶瓷纖維。
文檔編號C04B35/634GK102786307SQ20121002204
公開日2012年11月21日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者莊武松, 張有勝, 魏志漳 申請人:鋇泰電子陶瓷股份有限公司