【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高性能复合材料，尤其涉及一种锆钛酸铅-重晶石复合板材及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着核能和航天技术的快速发展，材料在极端环境下的性能要求变得越来越严格，特别是在高辐射、高温、高压等苛刻条件下，传统材料难以满足这些特殊需求。高介电常数材料因其在电场中的优异表现而被广泛应用于各种电子器件中，而锆钛酸铅(pzt)作为一种典型的铁电和压电材料，凭借其高介电常数和压电性能，已成为传感器、压电器件和电容器等领域的重要材料。
2、pzt不仅具备高介电常数，而且在外界电场作用下具有可逆的极化能力，这使得其在高辐射环境中表现出较强的稳定性。然而，仅依赖pzt作为单一材料使用时，通常面临机械强度不足和抗辐射能力有限的问题。因此，将pzt与其他具有优异机械性能和辐射防护能力的材料结合，是提高其综合性能的重要途径。
3、重晶石(baso4)因其高密度和优异的抗辐射性能，已广泛应用于x射线屏蔽和辐射防护材料中。作为一种高密度材料，重晶石能够有效吸收并屏蔽电磁辐射，特别是在核工业和医疗辐射防护中，重晶石材料发挥了不可替代的作用。然而，重晶石本身的介电性能较低，且机械性能在某些应用场景下也存在不足。
4、现有技术中，尽管存在一些锆钛酸铅和重晶石复合材料的研究，但这些材料在应用于实际工程中的规模和效果仍然有限，特别是在材料的均匀性、致密性和长期稳定性方面存在不足。因此，如何开发一种综合性能高且适用于高辐射环境的锆钛酸铅和重晶石复合材料是目前亟需解决的问题。
技术实现思路>
1、本专利技术的目的在于提供一种锆钛酸铅-重晶石复合板材及其制备方法和应用，解决现有技术制备的锆钛酸铅和重晶石复合材料在实际工程应用中效果不好的问题。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种锆钛酸铅-重晶石复合板材，包含以下质量份数的组分：
4、锆钛酸铅30～38份，普通硫酸钡gy-250030～35份，普通硫酸钡gy-500020～25份，环氧基硅烷偶联剂2～3份，乙烯基三乙氧基硅烷1～2份，纳米二氧化硅0.5～1份，纳米氧化铝0.1～1份；
5、其中，所述普通硫酸钡gy-2500为江西广源化工的普通硫酸钡gy-2500；所述普通硫酸钡gy-5000为江西广源化工的普通硫酸钡gy-5000。
6、优选的，在上述一种锆钛酸铅-重晶石复合板材中，所述锆钛酸铅的粒径为0.5～2μm，纯度≥99％。
7、优选的，在上述一种锆钛酸铅-重晶石复合板材中，所述环氧基硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷中的一种或几种。
8、优选的，在上述一种锆钛酸铅-重晶石复合板材中，所述纳米二氧化硅的粒径为15～25nm，比表面积为100～250m2/g，纯度≥99.9％；所述纳米氧化铝的粒径为30～50nm，比表面积为40～80m2/g，纯度≥99.9％。
9、本专利技术还提供了一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法，包括以下步骤：
10、(1)将锆钛酸铅、普通硫酸钡gy-2500、普通硫酸钡gy-5000、环氧基硅烷偶联剂、乙烯基三乙氧基硅烷、纳米二氧化硅、纳米氧化铝混合，加入分散剂进行球磨，得到混合粉末；
11、(2)将混合粉末喷雾造粒，得到复合颗粒；
12、(3)将复合颗粒静置后进行等静压成型，得到坯体；
13、(4)将坯体在保护气氛下烧结，然后进行后处理，得到所述的锆钛酸铅-重晶石复合板材。
14、优选的，在上述一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法中，步骤(1)所述球磨的转速为190～210rpm；所述球磨的时间为3～4h。
15、优选的，在上述一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法中，步骤(2)所述喷雾造粒的温度为125～135℃；所述复合颗粒的粒径为80～200μm。
16、优选的，在上述一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法中，步骤(3)所述等静压成型的压力为300～330mpa；所述等静压成型的保压时间为14～16min。
17、优选的，在上述一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法中，步骤(4)所述烧结的温度为1200～1300℃；所述烧结的时间为4～5h；所述烧结后还包括降温；所述降温的速度不超过6℃/h。
18、本专利技术还提供了一种锆钛酸铅-重晶石复合板材或一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法制得的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材在高辐射环境下的结构防护或电磁屏蔽中的应用。
19、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
20、本专利技术通过将锆钛酸铅与不同型号的普通硫酸钡合理配比，并结合纳米二氧化硅、纳米氧化铝及特定的偶联剂，实现了材料在高介电常数、抗辐射性能、压电特性和机械强度等方面的优异性能。在本专利技术中，pzt主要贡献高介电性能和压电性能，其含量过少会减弱介电性能和压电效应，其含量过高会使板材机械强度降低、加工性变差，增加板材在使用过程中的开裂风险。普通硫酸钡gy-2500提供抗辐射功能和基础机械强度，配合更细粒度的普通硫酸钡gy-5000进一步增强材料的密实度和辐射防护效果，硫酸钡含量过多会增加加工难度、降低介电性能，其含量过少会降低抗辐射性能以及机械强度。本专利技术中pzt的质量份数为30～38份，普通硫酸钡的总质量份数为50～60份，该配比平衡了高介电性能和抗辐射能力，同时还能保持良好的机械强度和加工性，优化了板材的整体性能。本专利技术使用的偶联剂其含有硅烷基(si-or)基团和环氧基团，硅烷基在水解后生成的硅醇基可以通过缩合反应与硫酸钡或pzt表面的羟基形成共价键，从而在材料表面形成一层牢固的化学键合层，环氧基团能够与pzt或硫酸钡表面的活性氢原子(如羟基或胺基)发生开环反应形成稳定的化学键，由此显著增强了pzt和硫酸钡之间的物理吸附和化学结合，使得界面结合更紧密，减少了两相材料之间的界面应力。乙烯基三乙氧基硅烷中的乙烯基基团具有良好的化学反应活性，可以与其他乙烯基化合物发生共聚反应，在材料表面形成交联网络，有助于提高材料的韧性和界面强度，从而使板材在受到外力作用时能够更好地承受应力，避免发生界面剥离或破裂，从而提高了复合材料的抗弯强度和抗压强度，同时良好的界面结合有助于改善材料在高温环境下的稳定性，减少由于界面处热膨胀系数差异导致的应力集中和材料失效。此外，纳米二氧化硅可以提高材料的机械强度、抗辐射性能，纳米氧化铝进一步增强了材料的机械性能以及热稳定性。
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1.一种锆钛酸铅-重晶石复合板材，其特征在于，包含以下质量份数的组分：
2.根据权利要求1所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材，其特征在于，所述锆钛酸铅的粒径为0.5～2μm，纯度≥99％。
3.根据权利要求2所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材，其特征在于，所述环氧基硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷中的一种或几种。
4.根据权利要求2或3所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为15～25nm，比表面积为100～250m2/g，纯度≥99.9％；所述纳米氧化铝的粒径为30～50nm，比表面积为40～80m2/g，纯度≥99.9％。
5.权利要求1～4任一项所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述球磨的转速为190～210rpm；所述球磨的时间为3～4h
7.根据权利要求5或6所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述喷雾造粒的温度为125～135℃；所述复合颗粒的粒径为80～200μm。
8.根据权利要求6所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述等静压成型的压力为300～330MPa；所述等静压成型的保压时间为14～16min。
9.根据权利要求8所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述烧结的温度为1200～1300℃；所述烧结的时间为4～5h；所述烧结后还包括降温；所述降温的速度不超过6℃/h。
10.权利要求1～4任一项所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材或权利要求5～9任一项所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法制得的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材在高辐射环境下的结构防护或电磁屏蔽中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种锆钛酸铅-重晶石复合板材，其特征在于，包含以下质量份数的组分：
2.根据权利要求1所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材，其特征在于，所述锆钛酸铅的粒径为0.5～2μm，纯度≥99％。
3.根据权利要求2所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材，其特征在于，所述环氧基硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷中的一种或几种。
4.根据权利要求2或3所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为15～25nm，比表面积为100～250m2/g，纯度≥99.9％；所述纳米氧化铝的粒径为30～50nm，比表面积为40～80m2/g，纯度≥99.9％。
5.权利要求1～4任一项所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种锆钛酸铅-重晶石复合板材的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李多福，吴维冰，李海滨，隋岩，甘子奕，徐文吴，
申请(专利权)人：江西广源化工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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