微量组分改性03型水泥基压电复合材料性能研究

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1、济南大学硕I：学位论文皇曼曼曼曼曼曼曼璺曼鼍曼皇曼鼍曼曼曼!曼曼!曼!曼曼!!!!曼!曼!皇曼兰曼曼曼曼!曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇!曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼1IllII；II曼曼舅曼鼍曼曼曼量摘要0．3型水泥基压电复合材料是由雎电陶瓷颗粒和三维的水泥基体而构成，它因具有与混凝土兼容性好、强度高、耐久性好及成本低等优点而在土木工程领域中受到人们越来越多的重视。0．3型水泥基压电复合的材料的研究已取得一些具有积极意义的进展，但同时也存在着许多不足之处。由于压电陶瓷相主要以颗粒状弥散分布在水泥基体中，其电场通路的连通性较差，使得复合材料极化过程中的极化效

2、率不高，压电应变系数d较低。因此，在查阅大量国内外相关文献的基础上，本文提出了一种通过在压电复合材料中掺加微量改性组分，从而改善其电学性能并提高压电复合材料压电与介电性能的思路。本文采用压制成型法制备了改性0—3型水泥基压电复合材料，分别研究了改性组分(碳黑、锶铁氧体和钡铁氧体)掺量对压电复合材料的压电、介电、机电耦合系数，机械品质因数及声阻抗等性能的影响，以及改性o．3型水泥基￡E电复合材料的介电常数、．介电损耗和电阻率随温度的变化关系。研究结果表明：随着改性组分的掺入，压电复合材料的压’电应变常数函3和压}乜电压常数933呈先增大后减小的趋势，当

3、碳黑、锶铁氧体及钡铁氧体的掺量分别在O．3％，O．4％，0．4％时，压电复合材料的压电应变常数如3和压电电压常数933达到极值。随着改性组分掺量的增加，O．3型水泥基压电复合材料的介电常数岛和介电损耗幻刀6逐渐增大。改性组分的掺量对压电复合材料的平面机电耦合系数绵、厚度机电耦合系数K和机械品质因数鳊影响较小。随着温度的升高，改性O．3型水泥基压电复合材料的介电常数￡r和介电损耗tan6逐渐增大，电阻率P逐渐减小。随着碳黑的掺入，压电复合材料的声阻抗z逐渐降低，但降低幅值不大。锶铁氧体和钡铁氧体的掺入使压电复合材料的声阻抗增大，但声阻抗与二者的掺量没有

4、明显关系。研究了极化条件对改性0—3型水泥基压电复合材料性能的影晌。结果表明：极化电场强度越大，极化时问越长，极化温度越高，压电复合材料的压电应变常数以3、压电电压常数933、介电常数￡r和介电损耗tand越大。极化条件对压电复合材料的平{；玫重组分改性O一3型水泥綦压电复台材科性能研咒面机电耦合系数饰、厚度机电耦合系数墨、机械品质因数Qm及声阻抗Z无显著影响。研究了普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥对改性O．3型水泥基压电复合材料性能的影响。结果表明：碳黑改性普通硅酸盐水泥基压电复合材料具有相对较高的压电应变常数和介电常数，其值分别为31．5pC·N。和

5、111；锶铁氧体改性普通硅酸盐水泥基压电复合材料具有较高的压电电压常数933，其值为32．9mV·m·N～。水泥基体及改性组分对压电复合材料的平面机电祸合系数‰影响不大，但对复合材料的厚度机电耦合系数K和机械品质因数鳊有。一定的影响，钡铁氧体改性普通硅酸盐水泥基压电复合材料具有较高的厚度机电耦合系数墨和较低的机械品质因数绋。改性普通硅酸热水泥基压电复合材料的声阻抗要高于掺入同种改性组分的硫铝酸盐水泥基压电复合材料的声阻抗。关键词：0．3型水泥基压电复合材料；压电性能；一介电性能；机电耦合性能；声阻抗济南大学硕：t学位论文ABSTRACT0-3ceme

6、nt·-basedpiezoelectriccompositescompriseceramicpowderandthree-·dimensionalcement，whichhavethecharacteristicofgoodcompatibilitywithconcrete?highstrength．gooddurabilityandlowcost．andalsohaveattractedgreatattentionfromresearchers．0-3cement-basedpiezoelectriccompositeshavebeendesig

7、nedandfabricated，andmeanwhilesomemeaningfulprogressisobtainedduringthepastresearch．However,therealsoexistssomedisadvantagein0-3cementbasedpiezoelectriccomposites．Incementmatrix，theceramicparticlesdonotformacontinuouslyconnectedstructureacrosstheinter-electrodedimension，whichres

8、ultedinrelativelylowerpiezoelectricactivitiesofthecomp