MFC壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動器的制備與性能測試.pdf

1、本文采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備了兩種鉛基弛豫型壓電陶瓷，鈮鎳酸鉛-鋯鈦酸鉛（分子式為0.55Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.45Pb(Ti0.7Zr0.3)O3，簡稱0.55PNN-0.45PZT）和鈮鋅酸鉛-鋯鈦酸鉛（分子式為0.4Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.6Pb(Zr0.49Ti0.51)O3，簡稱0.4PZN-0.6PZT），其組分均在準(zhǔn)同型相界（MPB）附近。研究了燒結(jié)溫度對陶瓷微觀結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響，同時(shí)，利

2、用流延成型的方法制備了0.4PZN-0.6PZT系陶瓷，采用排列-澆鑄法和切割-填充法制備了粗壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動器（MFC）。
　　首先，采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備了0.55Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.45Pb(Ti0.7Zr0.3)O3壓電陶瓷，其組分在準(zhǔn)同型相界（MPB）附近具有很高的壓電和介電性。在1250℃燒結(jié)時(shí)得到性能最佳的陶瓷：Tc=106℃，ρ=7.77 g/cm3，d33=920 pC/N，?r=7.41

3、×103，kp=0.62，tanδ=0.024，Pr=27.4μC/cm2，Ec=4.2 kV/cm。
　　其次，利用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備0.4Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.6Pb(Zr0.49Ti0.51)O3壓電陶瓷，其組分在準(zhǔn)同型相界（MPB）附近同樣具有較高的壓電、介電性能。隨著燒結(jié)溫度從1175℃升高到1225℃，樣品的彌散程度γ值不斷降低，即表明樣品的介電弛豫行為減弱，然而，當(dāng)燒結(jié)溫度高于1225℃時(shí)γ值開始增

4、大。在1225℃燒結(jié)時(shí)陶瓷的性能最好，在此溫度下對應(yīng)的各性能分別為：εr=2651，tanδ=0.016，d33=536 pC/N，kp=0.59，Pr=33.8μC/cm2和Ec=9.2 kV/cm。
　　最后，設(shè)計(jì)了該壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)，包括叉指電極板、粘結(jié)層和壓電纖維復(fù)合層三部分。采用排列-澆鑄法和切割-填充法制備了柔性的層狀壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器。測試了流延法制備的鈮鋅鋯鈦酸鉛(0.4PZN-0.6PZT)陶瓷的電學(xué)性能

5、及力學(xué)性能，理論推導(dǎo)了壓電纖維復(fù)合材料的壓電性能，并采用基于LabVIEW的動態(tài)應(yīng)變系統(tǒng)測試了驅(qū)動器的應(yīng)變性能。結(jié)果表明，0.4PZN-0.6PZT陶瓷的壓電常數(shù)d33=520 pC·N-1，彈性柔順系數(shù)s33=20.5×10-12 m2·N-1。壓電纖維復(fù)合材料的理論壓電常數(shù)33d=509 pC·N-1，31d=-156 pC·N-1。四組驅(qū)動器的復(fù)合材料厚度分別為tf=300μm，350μm，400μm，450μm，四組MFC驅(qū)動器