1-3-2型壓電復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、1-3-2型壓電復(fù)合材料是1-3型壓電復(fù)合材料的一種特殊形式，它是具有并聯(lián)1-3型和串聯(lián)2-2型復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特點的新型壓電復(fù)合材料。它由上電極、1-3型壓電復(fù)合材料、基板及下電極組成，這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料在三維空間均有陶瓷骨架支撐，使得其結(jié)構(gòu)較1-3型壓電復(fù)合材料穩(wěn)定，它除了具有1-3型壓電復(fù)合材料的優(yōu)點外，還比1-3型壓電復(fù)合材料的性能更穩(wěn)定，且其制作工藝簡單。為了更好地應(yīng)用這種材料，同時為了促進(jìn)壓電復(fù)合材料的發(fā)展，本文研究了壓電陶瓷

2、體積分?jǐn)?shù)、形狀參數(shù)（基底厚度及柱高）等因素對1-3-2型壓電復(fù)合材料性能的影響。
　　 本文在分析1-3-2型壓電復(fù)合材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以鈮鎂鋯鈦酸鉛([P(MN)]ZT)壓電陶瓷為功能體，以環(huán)氧樹脂、硫鋁酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、高鋁水泥、高溫膠為基體，采用切割-澆注法制備了1-3-2型壓電復(fù)合材料，分別研究了壓電陶瓷體積分?jǐn)?shù)、基底厚度、柱高、基體及陶瓷柱的切割方向?qū)?-3-2型壓電復(fù)合材料的壓電、介電、機(jī)電及聲阻抗性能的

3、影響規(guī)律。具體的結(jié)論如下：
　　 研究了陶瓷體積分?jǐn)?shù)對1-3-2型壓電復(fù)合材料壓電性能、介電性能、機(jī)電性能及聲阻抗的影響。結(jié)果表明：隨著[P(MN)]ZT體積分?jǐn)?shù)的增大，復(fù)合材料的壓電應(yīng)變常數(shù)d33、相對介電常數(shù)εr和聲阻抗Z均增大；而壓電電壓常數(shù)g33及介電損耗tanδ則呈下降趨勢；與[P(MN)]ZT陶瓷相比，復(fù)合材料的厚度諧振明顯增強(qiáng)，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm顯著降低；復(fù)合材料的平面機(jī)電耦合系數(shù)Kp均小于[P(MN)]ZT的Kp，

4、而厚度機(jī)電耦合系數(shù)Kt均比[P(MN)]ZT的Kt大。隨著[P(MN)]ZT體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的Kp表現(xiàn)出一個減小的趨勢，而復(fù)合材料的Kt則增大。
　　 研究了基底厚度對1-3-2型壓電復(fù)合材料壓電性能、介電性能、機(jī)電性能及聲阻抗的影響。結(jié)果表明：隨著基底厚度的增加，復(fù)合材料的d33逐漸增大，g33則呈現(xiàn)出下降的趨勢；復(fù)合材料的相對介電常數(shù)εr總體上呈增大的趨勢，基底為0.5mm時εr最小為1406，但介電損耗則是減小的，

5、當(dāng)基底為3mm時介電損耗最小為0.251;平面機(jī)電耦合系數(shù)Kp逐漸減小，厚度機(jī)電耦合系數(shù)Kt逐漸增大；當(dāng)基底為2.0mm時，Qm值最小為1.49。復(fù)合材料的聲阻抗呈逐漸增大的趨勢，基底厚度為0.5mm的復(fù)合材料的聲阻抗最小為14.12M rayl。
　　 研究了陶瓷柱高度對1-3-2型壓電復(fù)合材料壓電性能、介電性能、機(jī)電性能及聲阻抗的影響。結(jié)果表明：隨著復(fù)合材料柱高的增加，復(fù)合材料的壓電應(yīng)變d33、壓電電壓常數(shù)g33及介電損耗t

6、anδ逐步增大，復(fù)合材料的相對介電常數(shù)εr在柱高從1.0mm至5.0mm的區(qū)間增長比較緩慢，當(dāng)柱高超過5.0mm時增加得較快；復(fù)合材料的相對介電常數(shù)諧振峰向頻率降低的方向移動；復(fù)合材料的Kp在40％-45％之間波動，而Kt則整體上是逐漸增大的趨勢，復(fù)合材料的Qm在1.40-2.70之間波動；復(fù)合材料的聲阻抗在12.50-13.20M rayl之間波動。
　　 研究了基體對1-3-2型壓電復(fù)合材料壓電性能、介電性能、機(jī)電性能及聲阻

7、抗的影響。結(jié)果表明：基體對復(fù)合材料的性能有一定的影響。以普通硅酸鹽水泥為基體的復(fù)合材料的d33最大，其εr和tanδ較高，其Kp最小，而Kt最大，以環(huán)氧樹脂為基體的復(fù)合材料的g33最大；以高溫膠為基體的復(fù)合材料具有較小的Qm;以水泥為基體的復(fù)合材料的聲阻抗比較小。
　　 研究了陶瓷柱切割方向?qū)?-3-2型壓電復(fù)合材料壓電、介電、機(jī)電及聲阻抗性能的影響。結(jié)果表明：在陶瓷體積含量幾乎相同的情況下，切割方向為45°的復(fù)合材料具有更好的