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采用ZJ-3型壓電設(shè)備進(jìn)行0-3型PZT/PVDF壓電復(fù)合材料壓電性能研究

  • 發(fā)表時(shí)間:2024-04-17
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采用ZJ-3型壓電設(shè)備進(jìn)行0-3型PZT/PVDF壓電復(fù)合材料壓電性能研究

0-3型PZT/PVDF壓電復(fù)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(fù)合材料,其中PZT陶瓷粉末由sol-gel法

制得。研究了不同因素對(duì)復(fù)合材料壓電和介電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在相同成型壓力下,PZT體積含量為70%

時(shí),熱壓和冷壓工藝制備的復(fù)合材料33d 分別為41和24,相差達(dá)到17,而ε相差最大值達(dá)到32.4。

關(guān)鍵詞:0-3型PZT/PVDF壓電復(fù)合材料;熱壓法;冷壓法

樹脂基壓電復(fù)合材料是一種多相材料, 由壓電陶瓷與樹脂基體復(fù)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(diǎn): 良好的柔順性、 較高的壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)。壓電復(fù)合材料的密度和聲速遠(yuǎn)低于壓電陶瓷, 故其聲阻抗小, 易與空氣、水和生物組織實(shí)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(fù)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(fù)合材料的性能,本實(shí)驗(yàn)采用sol-gel法合成的超細(xì)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(duì)均勻的0-3型PZT/PVDF復(fù)合材料,并 研究了PZT體積含量、制備工藝對(duì)復(fù)合材料電性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

自制的鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷粉末,相對(duì)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(duì)介電常數(shù)ε為12,33d 為1 pC/N。

1.2 儀器                         

ZJ-3系列型準(zhǔn)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(fù)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(shí)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(jì)算出相對(duì)介電常數(shù)ε;壓電應(yīng)變系數(shù)33d 采用ZJ-3型準(zhǔn)靜態(tài)測量儀測試, 測試頻率為50 Hz。


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