1-3型正交異性聚合物-水泥基壓電復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、水泥基壓電復(fù)合材料具有良好的壓電性能，并且與混凝土結(jié)構(gòu)的聲阻抗相匹配，得到了人們的廣泛關(guān)注。但是由于單一壓電陶瓷具有橫觀各向同性，使得切割-澆注法制備得到的普通水泥基壓電復(fù)合材料具有各向同性的特點(diǎn)，在平面內(nèi)等靈敏度地接收不同方向的應(yīng)力波，不能夠?qū)?yīng)力波的方向進(jìn)行有效辨別。
　　 本文以PZT-5壓電陶瓷為壓電相，聚合物/水泥為基體，采用切割-澆注和排列-澆注相結(jié)合的方法制備了1-3型正交異性聚合物/水泥基壓電復(fù)合材料，測(cè)試研究了

2、壓電性能和正交異性特性。結(jié)果表明，1-3型正交異性壓電復(fù)合材料的壓電應(yīng)變常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓電陶瓷和1-3型壓電復(fù)合材料的壓電應(yīng)變常數(shù)。壓電陶瓷和1-3型壓電復(fù)合材料在正交方向上接收到的信號(hào)保持一致，表現(xiàn)同性;而1-3型正交異性壓電復(fù)合材料在正交方向上接收到的信號(hào)幅值明顯不同，大約為2倍的關(guān)系，表現(xiàn)明顯的正交異性。
　　 討論了基體配合比、壓電陶瓷體積分?jǐn)?shù)、壓電相長(zhǎng)寬比、柱高、電極寬度以及電極數(shù)目對(duì)1-3型正交異性聚合物/水泥基壓電復(fù)

3、合材料的性能影響，結(jié)果表明，隨著基體中水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，1-3型正交異性壓電復(fù)合材料的壓電應(yīng)變常數(shù)逐漸增大，并且不同基體配合比的壓電復(fù)合材料均表現(xiàn)出正交異性;隨著壓電陶瓷體積分?jǐn)?shù)的增加，1-3型正交異性壓電復(fù)合材料的壓電應(yīng)變常數(shù)逐漸增大，并且不同壓電陶瓷體積分?jǐn)?shù)的壓電復(fù)合材料均表現(xiàn)出明顯的正交異性;隨著壓電相長(zhǎng)寬比的增大，1-3型正交異性壓電復(fù)合材料的壓電應(yīng)變常數(shù)逐漸增大，當(dāng)長(zhǎng)寬比大于2時(shí)，壓電復(fù)合材料表現(xiàn)出明顯的正交異性;隨著壓電陶

4、瓷柱高的增加，1-3型正交異性壓電復(fù)合材料的壓電應(yīng)變常數(shù)變化不大，但是不同柱高的壓電復(fù)合材料均表現(xiàn)出明顯的正交異性;隨著電極寬度的增加，1-3型正交異性壓電復(fù)合材料的壓電應(yīng)變常數(shù)逐漸減小，不同電極寬度的壓電復(fù)合材料均表現(xiàn)出正交異性;隨著電極數(shù)目的增加，1-3型正交異性壓電復(fù)合材料的壓電應(yīng)變常數(shù)逐漸增大，當(dāng)電極數(shù)目大于2時(shí)，壓電復(fù)合材料表現(xiàn)明顯的正交異性。
　　 研究了1-3型正交異性壓電復(fù)合材料的平面信號(hào)響應(yīng)以及信號(hào)衰減，結(jié)果表

5、明，隨著測(cè)試角度的增加，壓電陶瓷和1-3型壓電復(fù)合材料在平面內(nèi)接收到的信號(hào)幅值和信號(hào)電壓值保持不變，等靈敏度地接收平面內(nèi)的信號(hào)，顯示各向同性;1-3型正交異性壓電復(fù)合材料在平面內(nèi)接收到的信幅值和信號(hào)電壓值均呈現(xiàn)“余弦”曲線的趨勢(shì)，顯示各向異性。隨著測(cè)試距離的增加，1-3型正交異性壓電復(fù)合材料在平面內(nèi)接收到的信號(hào)幅值和信號(hào)電壓值逐漸減小，減小的趨勢(shì)以指數(shù)函數(shù)的形式逐漸變緩;1-3型正交異性壓電復(fù)合材料可測(cè)試的最遠(yuǎn)距離為1200 mm;1-

6、3型正交異性壓電復(fù)合材料在混凝土試塊上的接收到的信號(hào)幅值比瓷磚和鋁板上的小，這是由于混凝土試塊的表面比較粗糙，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。
　　 以1-3型正交異性壓電復(fù)合材料為壓電元件，采用環(huán)氧樹(shù)脂、水泥和鎢粉的混合物作為匹配層，環(huán)氧樹(shù)脂和水泥的混合物作為背襯層，以銀漿為屏蔽材料進(jìn)行屏蔽處理，制備得到正交異性壓電傳感器，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，正交異性壓電傳感器具有明顯的正交異性，較高的靈敏度和較寬的帶寬。利用正交異性壓電傳感器對(duì)混