壓電纖維及其1-3型復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、1-3型壓電復(fù)合材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)不僅具有較高的壓電性能而且具有較好的柔韌性，低聲阻抗，高厚度機(jī)電耦合系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)使其在醫(yī)療超聲，無(wú)損檢測(cè)和水聲換能器等方面有著廣泛的應(yīng)用。
　　 本文采用炭塊和石墨材料作為模板，制備了不同直徑的壓電纖維并與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合制備了1-3型壓電復(fù)合材料。研究了壓電纖維及其1-3型復(fù)合材料的制各工藝，測(cè)試了1-3型復(fù)合材料的壓電性能，并對(duì)單根纖維壓電常數(shù)d33的測(cè)試進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與傳統(tǒng)的

2、準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較分析。
　　 活化后的炭塊孔結(jié)構(gòu)規(guī)則，含有大量貫通的直通孔，在高溫下可完全脫除，適合作為模板制備直徑微細(xì)的壓電纖維。采用此模板浸漬溶膠制備所得PMN壓電纖維排列有序，直徑約為10μm，但纖維致密度不高。在此基礎(chǔ)上，本文通過(guò)添加粉體和離心加壓的處理顯著提高了纖維的致密度。采用此纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合后獲得1-3型壓電復(fù)合材料，并采用X射線衍射(XRD)檢測(cè)其物相結(jié)構(gòu)，用HP4294阻抗分析儀、ZJ-3A型準(zhǔn)靜態(tài)

3、測(cè)量?jī)x測(cè)試了復(fù)合材料的壓電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)燒結(jié)溫度為950℃時(shí)可獲得純凈鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PMN壓電纖維;其1-3型復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33、介電常數(shù)、介電損耗、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)分別為20pC/N、12、0.83％、1.22、1.28。
　　 經(jīng)機(jī)械加工獲得的石墨塊體，其孔洞排列規(guī)整，模板可在氧化氣氛中脫除，但還有少量灰分等不能完全去除。但是這些剩余物可在燒結(jié)過(guò)程中作為纖維的支撐，使其保持結(jié)構(gòu)完整性。本文以此石墨為模板，采用擠制法分

4、別制備了直徑為250μm和750μm的PMN壓電纖維，纖維平直、結(jié)構(gòu)致密。將此纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合后獲得1-3型壓電復(fù)合材料，并采用XRD檢測(cè)其物相結(jié)構(gòu)，用阻抗分析儀、ZJ-3A型準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)量?jī)x測(cè)試了復(fù)合材料的壓電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)PMN壓電纖維的燒結(jié)溫度為1200℃并保溫2h時(shí)，衍射圖譜中無(wú)雜相存在，為純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且在2θ=20～22.5°、47～52.5°和72～75°范圍內(nèi)均有分峰出現(xiàn)，表明陶瓷處于三方-四方相共存的準(zhǔn)同型相界

5、區(qū)間，此時(shí)具有最佳的壓電性能;由直徑為750μm壓電纖維復(fù)合而成的1-3型復(fù)合材料，其壓電常數(shù)d33,介電常數(shù)、介電損耗、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)分別為357pC/N、2622、7.1％、14.4;由直徑為250μm的纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合而成的1-3型復(fù)合材料，其壓電常數(shù)d33、介電常數(shù)、介電損耗、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)分別為284pC/N、578、1.4％、19。
　　 本文從壓電常數(shù)d33定義出發(fā)，推導(dǎo)了測(cè)試原理，并設(shè)計(jì)了測(cè)試裝置，對(duì)單根纖維的壓電