采用ZJ-3型壓電設(shè)備進行0-3型PZT/PVDF壓電復合材料壓電性能研究
- 發(fā)表時間:2024-04-17
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0-3型PZT/PVDF壓電復合材料壓電性能研究
摘要:以PZT和PVDF為原料,采用熱壓和冷壓兩種工藝制備了0-3型壓電復合材料,其中PZT陶瓷粉末由sol-gel法
制得。研究了不同因素對復合材料壓電和介電性能的影響。實驗結(jié)果表明在相同成型壓力下,PZT體積含量為70%
時,熱壓和冷壓工藝制備的復合材料33d 分別為41和24,相差達到17,而ε相差最大值達到32.4。
關(guān)鍵詞:0-3型PZT/PVDF壓電復合材料;熱壓法;冷壓法
樹脂基壓電復合材料是一種多相材料, 由壓電陶瓷與樹脂基體復合形成的一種新型功能材料[1]。
這種材料具有兩相材料的優(yōu)點: 良好的柔順性、 較高的壓電常數(shù)和機電耦合系數(shù)。壓電復合材料的密度和聲速遠低于壓電陶瓷, 故其聲阻抗小, 易與空氣、水和生物組織實現(xiàn)聲阻抗的匹配,滿足水聲、電聲、超聲換能器等方面的要求[2~4]。國內(nèi)外許多材料工作者在0-3型復合材料的制備工藝[5]、 影響性能的因素[6]及理論研究[7]等方面做了許多工作。為提高復合材料的性能,本實驗采用sol-gel法合成的超細納米PZT粉體作為功能相,為解決加工過程中的分散性問題,采用溶液混合法制備出了混合相對均勻的0-3型PZT/PVDF復合材料,并 研究了PZT體積含量、制備工藝對復合材料電性能的影響。
1 實驗過程
1.1 實驗原料
自制的鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷粉末,相對介電常數(shù)ε為1
152,33d 為274 pC/N;聚偏二氟乙烯(PVDF)
粉末, 相對介電常數(shù)ε為12,33d 為1 pC/N。
1.2 儀器
ZJ-3系列型準靜態(tài)測試儀,PZT-JH10/4型壓電高壓極化裝置,BJJK-TH型精密元件分析儀 1.3 復合材料的制備
將制備的PZT粉末與PVDF粉末混合,加入適量乙醇超聲震蕩,混合均勻。待乙醇烘干, 將混合粉料分為兩部分。一部分裝入模具中, 在200℃左右熱壓10 MPa成型, 自然冷卻至室溫, 然后取出樣品;另一部分裝入模具, 常溫10 MPa成型取出樣品,所得樣品直徑φ=13 mm , 厚度d =0.50~0.80 mm。
1.4 極化及電性能測試
將上述樣品表面拋光, 將樣品的上下表面鍍上免燒銀電極。極化電場為10 kV/mm, 極化時間一般選擇25 min,極化溫度一般為110℃。極化完畢后用精密元件分析儀測量樣品的電容,測量電壓為1V, 測量頻率為1kHz, 根據(jù)公式S h C 00ε=, 計算出相對介電常數(shù)ε;壓電應(yīng)變系數(shù)33d 采用ZJ-3型準靜態(tài)測量儀測試, 測試頻率為50 Hz。
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