螺旋形壓電復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、具有良好柔韌性的壓電復(fù)合材料因其兼有壓電陶瓷和聚合物兩相的優(yōu)點(diǎn),而廣泛應(yīng)用于水聲傳感和醫(yī)學(xué)檢測(cè)等領(lǐng)域。本文用軋膜-卷曲的方法制備了一種新型的螺旋狀的壓電復(fù)合材料PZN-PLZT/epoxy,克服了低體積分?jǐn)?shù)壓電復(fù)合材料難于成型等一系列的難題,簡(jiǎn)化了制備工藝,獲得了高性能的壓電復(fù)合材料。在分析了壓電復(fù)合材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,特別針對(duì)其在水聲等領(lǐng)域的應(yīng)用,系統(tǒng)地研究了成型方法、燒結(jié)方式和燒結(jié)制度、極化工藝、電極材料、表面處理、聚合物基體、壓

2、電陶瓷相體積分?jǐn)?shù)、壓電陶瓷環(huán)寬厚比 lw/lt等一系列的因素對(duì)壓電復(fù)合材料性能的影響。從而揭示了工作原理,獲得最優(yōu)的工藝參數(shù),確定了最佳的壓電陶瓷相體積分?jǐn)?shù)和壓電陶瓷環(huán)寬厚比lw/lt。
　　研究結(jié)果表明,軋膜-單條卷曲成型方式適合于陶瓷相體積分?jǐn)?shù)大于50％的壓電復(fù)合材料,軋膜-多條卷曲成型方式適合于陶瓷相體積分?jǐn)?shù)小于50%的壓電復(fù)合材料,軋膜-切割成型方式適合于不用厚度且同一種卷曲方式的壓電復(fù)合材料樣品片。極化場(chǎng)強(qiáng)2.5Kv/m

3、m,極化時(shí)間20min,極化溫度90℃,燒結(jié)溫度1220℃,燒結(jié)方式為Al2O3扣燒為確定的最佳工藝參數(shù),在此制度下,當(dāng)陶瓷相體積分?jǐn)?shù)為11%時(shí),復(fù)合材料的優(yōu)值FOM高達(dá)77.1×10-12 m2/N,復(fù)合材料的厚度機(jī)電耦合系數(shù)也在陶瓷相體積分?jǐn)?shù)為25%時(shí)達(dá)到最大值0.89。復(fù)合材料中壓電陶瓷環(huán)的寬厚比 lw/lt對(duì)復(fù)合材料的介電系數(shù)和聲阻抗影響較小。但是厚度機(jī)電耦合系數(shù)隨寬厚比lw/lt的減小而迅速增大。對(duì)FOM曲線進(jìn)行擬合和回歸分析

4、發(fā)現(xiàn),曲線變化趨勢(shì)與一次衰減函數(shù)( expDec1)很相符,且關(guān)系表達(dá)式為y0+A1e(-x/t1),相關(guān)系數(shù) R2大于0.93,回歸誤差(1-R2)小于7%。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH570處理后的壓電復(fù)合材料的界面結(jié)合能力較強(qiáng),擊穿場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)3.8Kv/mm。對(duì)于電極材料而言,涂覆炭黑導(dǎo)電膠的樣品的壓電和介電性能相對(duì)優(yōu)良,但是考慮到銀漿導(dǎo)電膠的樣品極化相對(duì)容易,結(jié)合牢固,不易脫落,水聲性能比較優(yōu)異所以選擇銀漿導(dǎo)電膠為宜。對(duì)聚合