PZT壓電纖維的制備與性能研究.pdf

1、壓電材料是指由于靜壓力變化或溫度改變而產(chǎn)生相應(yīng)感應(yīng)電荷變化的材料。這種材料能夠自適應(yīng)環(huán)境的變化實現(xiàn)機械能和電能之間的相互轉(zhuǎn)化,具有集傳感、執(zhí)行和控制于一體的特有屬性,是智能材料系統(tǒng)中的主導(dǎo)材料。近幾十年來,隨著壓電器件應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大,對其性能也提出了一些新的要求,其中1-3型壓電復(fù)合材料采用纖維形壓電相和有機材料復(fù)合,這不僅使材料具有良好的柔順性和機械加工性能,而且也使其具有各向異性的驅(qū)動性能。因此在智能材料與結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應(yīng)用前

2、景。 壓電陶瓷纖維是1-3型壓電復(fù)合材料中最為重要的一個組成部分,其制備與性能研究也引起了越來越多的關(guān)注。目前,主要的壓電纖維制備法是紡絲法和割模一澆鑄法(the dice-and-fill method)。但是紡絲法所制備出的纖維均勻性和致密性比較差,而割模-澆鑄法制備出的陶瓷纖維長度不大,這使得它們所制備的PZT陶瓷纖維在實際應(yīng)用時受到很大限制。針對紡絲法所制備的纖維致密性差而割模-澆鑄法制備的纖維長度不足的缺點,本論文嘗試

3、采用氧化物粉末裝管法(the Oxide Powderin Tube)來制備壓電陶瓷纖維。 實驗中,首先以乙酸鉛(Pb(CH3COO)2·3H2O)、鈦酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、硝酸鋯(zr(NO3)4·5H2O)為原料,采用Sol-Gel工藝,制備出了顆粒分散性好、粒徑介于40～80nm之間的PZT超細粉。PZT粉體的燒結(jié)實驗表明:Sol-Gel法制備PZT粉末的合成溫度(600～700℃)比傳統(tǒng)的固相反應(yīng)燒結(jié)法要低得

4、多。這一方面可避免過高的煅燒溫度所造成PbO的揮發(fā),另一方面可抑制粉體生長并聚集起來形成硬團聚體,有利于制備性能優(yōu)良的PZT粉末。 然后以PZT粉為原料,采用氧化物粉末裝管法制備了PZT壓電陶瓷纖維。SEM分析顯示該陶瓷纖維呈圓柱狀,直徑約為250μm。通過研究燒結(jié)溫度對PZT陶瓷纖維的斷面微結(jié)構(gòu)及鉛含量變化的影響,揭示PZT陶瓷纖維的合適燒結(jié)溫度為1000℃。XRD分析表明：此溫度下燒結(jié)的陶瓷纖維呈單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。對其所作的