螺旋形压电复合材料的制备工艺和性能优化研究

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压电复合材料由于同时具备压电陶瓷材料良好的压电性能,又具有聚合物材料的柔韧性、低介电常数的特点。另外,聚合物相的加入使得复合材料的声阻抗降低、水声性能提高,因而其在传感探测、制动换能领域具有广泛的应用。本课题研究了一种新的连接方式—螺旋形压电复合陶瓷:0.25PZN-0.75PLZT陶瓷/环氧树脂复合材料,并采用轧膜-卷曲成型法制备。本课题设计方案的出发点是在确保压电陶瓷功能相性能极大发挥的前提下,克服现有的1-3型复合材料制备困难、陶瓷相体积分数不易控制的缺点。优势是其性能与1-3型复合材料相当,且显著简化了制备工艺。本文主要研究了制备工艺、烧结温度、陶瓷相体积分数、极化工艺对复合材料介电、压电、机电和水声性能的影响。研究结果表明:烧结温度在1220℃时,螺旋形压电复合材料的性能最佳:密度最大为7.612g/cm3, gh=104.567×10-15Vm/N, FOM=23.4×10-12m2/N。K9530型树脂对于成型螺旋形复合材料时的结合产生应力较小,综合性能较好。硅烷偶联剂KH560对螺旋形压电复合陶瓷的界面处理效果较好:使得两相结合面更紧密,击穿强度提高到3KV/mm。陶瓷相体积分数在40%时,螺旋形压电复合材料的性能最佳:kt=61%, εr=988and FOM=37.5×10-12m2/N。螺旋形压电复合材料性能最佳的极化工艺为:2KV/mm,80°C,20min。
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