压电复合材料是一种多功能智能材料,其既有基体材料的特性,又具有良好的压电性能,可以制作成传感器应用于实际工程的健康监测。聚合物压电复合材料和水泥基压电复合材料是压电材料领域的研究热点。聚合物压电复合材料拥有柔韧性好、易成型的优点,但是与实际工程中常用的混凝土材料的相容性较差。水泥基压电复合材料与混凝土构件相容性良好,但是水泥是多孔材料,其孔隙会容易造成压电材料的极化击穿;同时水泥为高能耗建筑材料,生产水泥的碳排放占世界总碳排放的5%～8%。碱激发胶凝材料是一种新型建筑材料,其水化结构产物与普通硅酸盐水泥较为类似,但其结构更为致密,具有力学性能好、凝结时间短、电阻率低等特点。碱激发胶凝材料一般选用矿渣/粉煤灰等工业废料,通过水玻璃溶液、NaOH和蒸馏水混合制成的碱激发剂激发而成。因此,选择碱激发材料替代水泥制备的碱激发基压电复合材料,是一种经济环保的绿色材料且与混凝土材料具有很好的相容性,具有很好的工程应用前景。鉴于此,本文以矿渣/粉煤灰为基底材料,压电陶瓷(PZT)为功能相,在水玻璃溶液、NaOH和蒸馏水混合制成的碱激发剂下激发而成的0-3型碱激发基压电复合体,然后通过压制成型的方法提高其密实程度,最后在高强度的电场下,极化而成具有压电性能的0-3型碱激发基压电复合材料。本实验通过改变矿渣和粉煤灰的质量比、不同水玻璃模数、不同压制成型压力来对碱激发基压电复合材料的压电性能以及介电性能进行研究,确定了最优配合比。并在此基础上进一步探究了不同体积分数、不同粒径、不同级配的功能相,以及极化条件对碱激发压电复合材料性能的影响。文章先通过正交分析实验的方法初步分析了矿粉比、水玻璃模数和压制成型压力对碱激发基压电复合材料介电性能以及压电性能的影响。然后在正交实验分析所得出的结论上进一步探究矿粉比、水玻璃模数和压制成型压力对碱激发基压电复合材料介电性能以及压电性能的影响。实验结果表明:矿粉比50%以下时,压电应变常数d33、压电电压常数g33明显增大,显示出较好的压电性能。另外,碱激发基压电复合材料的相对介电常数在30-110之间,这与现有文献中的水泥压电复合材料相对介电常数εr相一致,这个实验结果证明了碱激发基压电复合材料可以替代水泥基压电复合材料。且随着压制成型压力的增大,压电应变常数d33、压电电压常数g33持续下降,相对介电常数εr和介电损耗tanσ不断上升。综上,当矿粉比50%以下、压制成型压力为30MPa、1.0的水玻璃模数下时,压电复合材料的压电性以及介电性较好。根据上述实验结果,选择矿粉比40%、压制成型压力30MPa、水玻璃模数1.0研究功能相PZT的不同体积分数、不同粒径、不同级配对碱激发基压电复合材料压电性能以及介电性能。探究极化工艺对碱激发基压电复合材料压电性能以及介电性能的影响,结论如下:(1)随着PZT体积分数的增大,压电应变常数d33、相对介电常数εr、介电损耗tanσ随之增大,压电电压常数g33则随之减小。通过和相同PZT体积分数下的普通水泥基压电复合材料对比发现,碱激发基压电复合材料具有更好的压电性能。(2)随着PZT颗粒粒径的增大,压电应变常数d33、介电损耗tanσ随之增大。通过选择平均粒径为8.35μm的小粒径和平均粒径为113.06μm的大粒径互掺时发现,当小粒径PZT体积比为10%时,压电性能与介电性能均有所提升。(3)从极化工艺中的、极化温度、极化时间这三种因素分析,对于矿渣/粉煤灰碱激发基压电复合材料来说,适宜的极化工艺参数为:电场强度为2kV/mm-4kV/mm、极化温度为40℃-80℃、极化时间为20min。