一种功能梯度压电材料无压浸渗制备工艺

摘要

一种功能梯度压电材料无压浸渗制备工艺，包括以下步骤：1)、原料准备，2)、预制体成型得到沿厚度方向空隙度呈35%‑40%连续变化的坯体，在预制体上铺一层粒径7的Fe粉；3)、烧结：使含Fe量较高的各层混合粉末中的液态Fe分别渗入其下层预制体的孔隙中，产生界面梯度；4)、FGPM致密化；5)、抛光：将制备的FGPM块体研磨抛光。最后制备得到材料组分连续变化的Fe/PZT‑5功能梯度压电材料。在本发明中通过控制粘结剂含量及增强体颗粒直径的变化可制备得到空隙度呈梯度变化的预制体；在分层充分多的情况下，可制得组分连续变化的相对理想的FGPM块体。

主权项

一种功能梯度压电材料无压浸渗制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：1)、原料准备：原料包括真空封装Fe粉、PZT‑5粉和PVA17‑88粉，PVA17‑88粉为粘接剂，Fe粉的粒径为7μm；PZT‑5粉末的粒径分别为2.5μm、6.5μm、15μm和44μm，粘结剂选取粒径为10μm的PVA17‑88；2)、预制体成型：将上述的PZT‑5粉、Fe粉和PVA17‑88粉按特定体积比在Etelux Lab2000手套箱内混合均匀后由下而上在钢模内依次铺设五层，第一层、第二层、第三层和第四层均为PZT‑5粉、Fe粉和PVA17‑88粉的混合粉末，第五层只有Fe粉，各层原料的具体配比及厚度分别为：第一层Fe粉含量为20％,PZT‑5粉末含量为80％，PZT‑5粉末粒径为2.5μm，PVA17‑88粉含量为第一层的Fe粉和PZT‑5粉混合物的总体积含量的4％，第一层层厚为7mm；第二层Fe粉含量为40％,PZT‑5粉末含量为60％，PZT‑5粉末粒径为6.5μm，PVA17‑88粉含量为第二层的Fe粉和PZT‑5粉混合物的总体积含量的4％，第二层层厚为7mm；第三层Fe粉含量为60％,PZT‑5粉末含量为40％，PZT‑5粉末粒径为15μm，PVA17‑88粉含量为第三层的Fe粉和PZT‑5粉混合物的总体积含量的6％，第三层层厚为7mm；第四层Fe粉含量为80％,PZT‑5粉末含量为20％，PZT‑5粉末粒径为44μm，PVA17‑88粉含量为第四层的Fe粉和PZT‑5粉混合物的总体积含量的8％，第四层层厚为5mm；依次对钢模中的各层原料冷压成型，得到由下而上空隙度呈35％‑40％变化的坯体，在预制体上铺一层粒径7μm的Fe粉，即第五层，第五层Fe粉含量为100％，第五层层厚为5mm；3)、烧结：将步骤2)中的坯体放入直径为30mm的模具中，为防止污染设备，将模具放置在内径为40mm的坩埚内，坩埚和模具均由α‑氧化铝材料制成，将坩埚和模具置于保护气体箱式炉中，充氩气，以100℃/min的升温速度加热至1200℃，然后保温一段时间，在脱塑的同时使含Fe量较高的各层混合粉末中的液态Fe分别渗入其下层预制体的孔隙中，而第一层中的部分液态Fe则流入坩埚中，再炉冷直至室温得到FGPM样品；4)、FGPM样品致密化：将初次烧结后的FGPM样品脱模后放入石墨模具中，放入真空热压烧结炉中，抽真空，以100℃/min的升温速度加热至Fe相变温度900℃后再加压至30MPa，保温保压一段时间，保温保持相变，保压使其致密化，最后炉冷至室温得到FGPM块体；5)、抛光：将制备的FGPM块体经研磨抛光；最后制备得到组分连续变化的Fe/PZT‑5功能梯度压电材料，用阿基米德法测得制备的FGPM块体相对密度达到98％以上。