0-3型压电陶瓷-硫铝酸盐水泥复合材料的压电性能

采用压制成型法,以快硬硫铝酸盐水泥为基体制备了水泥基压电复合材料。分析讨论了极化工艺条件和PZT含量对水泥基压电复合材料压电性的影响。结果表明,较高的极化电场强度和较长的极化时间均有利于压电性能的提高,但当极化电场强度和极化时间达到4.0 kV/mm和45 min后,压电应变常数d₃₃趋于稳定; 随着PZT含量的增加,硫铝酸盐水泥基压电复合材料的压电应变常数d₃₃、压电电压常数g₃₃和机电耦合系数K_P、K_t均显著增大。当PZT质量分数达到85%时,K_P和K_t可达28.54%和28.19%。      

0-3型陶瓷/聚合物压电复合材料的压电性能研究

采用溶液共混法和热压法分别制备了PZN-PZT/PI、PZN-PZT/PVDF 0-3型压电复合材料,所得材料具有较高的压电常数和良好的可柔性加工性能。并研究分析了无机压电陶瓷种类、含量,压电聚合物类型、制备工艺与极化参数对压电系数d₃₃的影响,在一定程度上提供了提高0-3型聚合物/陶瓷压电复合材料的压电性能的途径。      

1-3型聚合物改性水泥基压电复合材料的制备及其性能

采用切割-浇注法,以聚合物改性硫铝酸盐水泥为基体,铌锂锆钛酸铅(简称P(LN)ZT)为功能体制备了1-3型聚合物改性水泥基压电复合材料。研究了P(LN)ZT陶瓷体积分数对复合材料的压电和介电性能的影响。结果表明：随着P(LN)ZT陶瓷体积分数的增加,压电应变常数d₃₃、相对介电常数εr和声阻抗率Z呈现明显的增大趋势;而压电电压常数g₃₃和介电损耗tanδ则呈现下降趋势。与P(LN)ZT陶瓷相比较,1-3型压电复合材料厚度方向振动增强,机械品质因素明显降低,当P(LN)ZT陶瓷体积分数为30.86%时,其声阻抗率为8.24×106 N·s/m3,接近于混凝土的声阻抗率9.0×106 N·s/m3,适用于制作混凝土超声无损检/监测换能器。     

0-3型压电陶瓷/硫铝酸盐水泥复合材料的介电频率特性和铁电特性

以硫铝酸盐水泥为基体, 铌锂锆钛酸铅[ 0. 08Pb (Li_1/4 Nb_3/4 ) O₃ ·0. 47PbTiO₃ ·0. 45PbZrO₃ ] (简称PLN)压电陶瓷颗粒为功能体制备了0-3 型水泥基压电复合材料。利用X 射线衍射(XRD) 和扫描电子显微镜(SEM) 对水泥基压电复合材料的相组成和显微结构进行了分析和观察, 重点研究了水泥基压电复合材料的介电频率特性和铁电特性。结果表明, 压电陶瓷颗粒与硫铝酸盐水泥的水化产物结合良好; 随着PLN 含量的增加, 复合材料的介电常数ε_r 、剩余极化强度Pr和矫顽电场强度Ec均增大; 在40～100 kHz 频率范围内, 水泥基压电复合材料的介电常数ε_r均随频率的增大而迅速降低, 这主要受复合材料中的界面极化所影响, 高频时, 介电常数变化较小, 表现出良好的高频介电稳定性; 复合材料的电滞回线发生畸变的原因主要是PLN 压电陶瓷破碎成颗粒后, 本身存在许多缺陷, 且与水泥复合后存在许多界面气孔。      

振动真空方法对水泥基压电复合材料性能提高表征测试

为改善水泥基压电复合材料的密实度,提高材料性能和耐久性,该文提出一种基于振动真空共同作用的方法,制备水泥基压电复合材料,设置两组对照试验。以普通硅酸盐水泥为基体,以锆钛酸铅压电陶瓷PZT为功能体,用振动真空和纯真空方法结合切割-填充法制备出1-3型、2-2型PZT/水泥基压电复合材料.研究分析振动真空和纯真空下水泥基压电复合材料的压电性、介电性和机电耦合性能的变化规律。结果表明:采用振动真空方法所得到的试件,其压电应变常数d_(33)和相对介电常数ε_γ比纯真空方法得到的结果相对偏大,而相对应的压电电压常数g_(33)则偏小,压电性能更好。振动真空方法得到的试件,其串联谐振频率f_s和并联谐振频率f_p较纯真空方法得到的试件要更小,而K_p、K_t和Q_m的值都稍微更大,机电耦合性能更好。     

0.94Na1/2Bi1/2TiO3-0.06BaTiO3:TiO2无铅复合陶瓷的结构及退极化温度研究

采用固相法将纳米TiO₂引入0.94Na_1/2Bi_1/2TiO₃-0.06BaTiO₃ (简称NBT-6BT)钙钛矿结构压电陶瓷晶界中, 成功制备出NBT-6BT: xTiO₂ (x=0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3) 0-3型复合结构陶瓷, 并系统地研究了掺杂TiO₂对陶瓷的结构及压电性能的影响。实验结果表明, 部分TiO₂进入晶格内部造成陶瓷单斜相Cc含量减少, 晶体对称性提高; 随着TiO₂的掺杂量的增加, 明显提高了NBT-6BT陶瓷的退极化温度。对NBT-6BT:0.1TiO₂样品, 在保持一定压电常数(69 pC/N)的前提下, 陶瓷的退极化温度相比纯NBT-6BT提升约88%, 此时介电损耗tanδ=0.044, 表明该材料是一种适用于更高温区间的新型无铅压电材料。     

3-2型压电复合材料的静水压特性研究

基于压电复合材料的串并联理论以及等效参数理论,推导了3-2型压电复合材料的等效性能参数的计算公式,并针对PZT5/环氧树脂618构成的3-2型复合材料,将计算值与实验结果进行了比较,对理论公式进行了验证,结果表明二者吻合较好.应用理论公式对3-2型压电复合材料的压电性能进行了分析,得出3-2型压电复合材料比1-3型压电复合材料具有更高的静水压压电常数,同时确定了3-2型复合材料中压电陶瓷体积百分比的优选范围.     

PVDF/PZNZT压电复合材料的结构与性能

为了扩展压电复合材料的应用领域,首先,通过固相合成法制备了0-3型聚偏氟乙烯(PVDF)/Pb(Zn_1/3Nb_2/3)_0.05Zr_0.47Ti_0.48O₃ (PZNZT)压电复合材料;然后,研究了PVDF含量对PVDF/PZNZT复合材料物相、显微结构及性能的影响。结果表明:PZNZT陶瓷粉料与PVDF粉料混合后,其平均粒度接近于纯PVDF粉料的。于220℃下烧结后, PVDF/PZNZT复合材料在XRD谱图中主要显现出PZNZT钙钛矿结构的衍射峰。当PVDF含量较低时, PZNZT陶瓷晶粒间的结合较松散;随着PVDF含量的增加,陶瓷晶粒几乎都被PVDF相包围。因显微结构不同,不同PVDF含量的PVDF/PZNZT复合材料在极化电场中呈现出不同的串、并联电路。极化后, 5wt% PVDF/PZNZT复合材料的电性能最佳,其介电常数为116、介电损耗tan δ为0.04、压电常数为48 pC/N且机电耦合系数为0.28。随PVDF含量的增加, PVDF/PZNZT复合材料的居里温度降低,维氏硬度有所增加,但仍小于纯PZNZT压电陶瓷的硬度。所得结论显示PVDF/PZNZT压电复合材料的性能可以满足水声、电声及超声换能器等的要求。      

PZT/环氧树脂1-3-2型压电复合材料的制备及性能

采用压电陶瓷基板与1-3型压电复合材料串联连接,沿表面两相互垂直的方向切割PZT陶瓷,在切槽间浇注环氧树脂,制备出新型的1-3-2型压电复合材料.实验测试了材料的压电和介电性能,结果表明其d33常数达到400 pC/N,振动位移113.5pm,声速3500m/s,声阻抗17.6Mraly,厚度机电耦合系数0.62,带宽3.6kHz,相对介电常数817,介质损耗0.02.     

0-3 型压电陶瓷/ 硫铝酸盐水泥复合材料的介电性及压电性

以硫铝酸盐水泥为基体, 铌镁锆钛酸铅(PMN) 陶瓷颗粒为功能体制备了水泥基压电复合材料。重点讨论了复合材料的介电性能和压电性能。结果表明: 水泥基压电复合材料的介电温谱在- 30 ℃～150 ℃范围内较平坦, 表现出优良的介电温度稳定性, 而介电损耗随着温度的升高而增加; 水泥基压电复合材料的压电应变常数和介电常数均随着PMN 含量的增加而增大。      

成型压力对0-3型锆钛酸铅/水泥压电复合材料的影响

以快硬硫铝酸盐水泥为基体,以锆钛酸铅(PZT)为功能相,用压制成型法制备出0-3型PZT/水泥基压电复合材料。分析成型压力对PZT/水泥基压电复合材料的压电性和介电性的影响,结果表明:不同粒径PZT颗粒作为功能相的水泥基压电复合材料,成型压力对其压电性和介电性有不同的影响。在30~90 MPa压力范围内,成型压力越大,PZT/水泥压电复合材料的压电应变常数d33和相对介电常数εr均显著提高,这是由于气孔率随压力增大而减少,而压电电压常数g33的变化则与功能相的粒径有关。机电耦合系数也有着不同的变化趋势,对于6μm和126μm PZT/水泥压电复合材料,其机电耦合系数Kt和Kp随压力增大缓慢下降,而对于430μm PZT/水泥压电复合材料则呈上升趋势。当压力达到150 MPa时,其压电性和介电性均急剧减小。     

水泥基压电复合材料的研究进展

综述了水泥基压电复合材料的研究进展.对于0-3型水泥基压电复合材料,压电陶瓷相的性能、复合材料的制备工艺以及微观结构等对其压电及介电性能有重要影响.压电陶瓷相含量越高、粒度越大,复合材料的压电响应就越大.提高极化电压有助于增强复合材料的压电响应.增加成型压力可提高复合材料微观结构的致密性,从而提高压电性能.总结了压电陶瓷的体积分数、形貌以及环境湿度与1-3型水泥基压电复合材料的性能关系,介绍了2-2型水泥基压电复合材料的传感效应及驱动效应的相关研究成果,最后展望了该领域的发展前景.     

Fabrication and properties of piezoelectric composites designed for process monitoring of cement hydration reaction

A series of receiving type piezoelectric composites were designed and fabricated by cutting and filling technique. The piezoelectric composites were also optimized from such aspects as matrix phase, functional phase and composite connectivity. The researches show that these piezoelectric composites have larger piezoelectric voltage factor, thickness electromechanical coupling coefficient and lower acoustic impedance than the pure piezoelectric ceramic. The early cement hydration reaction process monitoring result indicates that the ultrasonic wave receiving ability of the piezoelectric composite is obviously better than that of the pure piezoelectric ceramic. Therefore, these kinds of piezoelectric composites have potential application prospect in cement hydration reaction process monitoring.     

注射法制备1-3连通压电复合材料及性能研究

采用陶瓷注射成型技术制备PZT陶瓷阵列,经过脱脂、烧结、灌注环氧树脂以及后加工得到长径比为4~5的1-3连通压电复合材料,并对其压电性能和机电转换性能进行研究。结果表明,压电系数d_(33)达到400p C/N以上,与压电陶瓷的相当;纵横耦合比k_t/k_p在2左右,高于PZT陶瓷的纵横耦合比。     

Researching on resonance characteristics influenced by the structure parameters of 1-3-2 piezocomposites plate

The 1-3-2 composite is made of 1-3 composite and ceramic base. Its effective properties are calculated based on the linear piezoelectric theory and uniform field theory. The influence of piezoelectric phase volume fraction and composite aspect (thickness/width) on resonance characteristic of square 1-3-2 piezoelectric composite plate has been researched. In addition, some 1-3-2 composite samples were fabricated by dice-fill technology. The resonance frequency of samples was investigated. The results show that the experiment agrees well with the calculation. The pure thickness resonance mode of 1-3-2 composite will be gained when the volume fraction of ceramic bottom is less than 30%; that of ceramic rods is in the range of 30 approximately 80% and the ratio of thickness to width is less than 0.35.     

Alkaline niobate based lead-free ceramic fiber/polymer 1-3 composites: processing and electromechanical properties

The 1-3 type lead-free piezofiber/epoxy composites were prepared using Li, Ta and Sb modified (Na, K)NbO₃ compositions as the ceramic phase by means of fiber arrangement and epoxy cast. The dense and smooth piezoelectric ceramic fibers with a diameter of 250 μm or less were fabricated by extruding plastic mud pie through micro-holes drilled in a hard mould by means of a laser-cutter. The dielectric, piezoelectric, electromechanical coupling properties and acoustic impedance characteristic of the as-prepared 1-3 composites with different ceramic volume fractions were characterized and compared with the theoretical values as well as those of monolithic ceramics. A nearly pure thickness vibration mode with a resonance frequency over 2 MHz (sample thickness ~1 mm) was formed, together with a high electromechanical coupling coefficient (k _t  ~ 0.55–0.6), low acoustic impedances (Z ~ 9–14 MRayl) and relatively high piezoelectric voltage coefficient (g ₃₃ ~ 30 × 10⁻³ m²/C). The results indicate that those composites have potential to be transducer elements in various applications.