螺旋形壓電復合材料的制備和性能研究.pdf

1、具有良好柔韌性的壓電復合材料因其兼有壓電陶瓷和聚合物兩相的優(yōu)點,而廣泛應用于水聲傳感和醫(yī)學檢測等領域。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合材料PZN-PLZT/epoxy,克服了低體積分數(shù)壓電復合材料難于成型等一系列的難題,簡化了制備工藝,獲得了高性能的壓電復合材料。在分析了壓電復合材料研究現(xiàn)狀的基礎上,特別針對其在水聲等領域的應用,系統(tǒng)地研究了成型方法、燒結方式和燒結制度、極化工藝、電極材料、表面處理、聚合物基體、壓

2、電陶瓷相體積分數(shù)、壓電陶瓷環(huán)寬厚比 lw/lt等一系列的因素對壓電復合材料性能的影響。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數(shù)和壓電陶瓷環(huán)寬厚比lw/lt。
　　研究結果表明,軋膜-單條卷曲成型方式適合于陶瓷相體積分數(shù)大于50％的壓電復合材料,軋膜-多條卷曲成型方式適合于陶瓷相體積分數(shù)小于50%的壓電復合材料,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合材料樣品片。極化場強2.5Kv/m

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

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