pzt基陶瓷纤维性能对1-3复合材料性能影响

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1、刘维华等：ＰｚＴ基陶瓷纤维性能对１．３复合材料性能影响ＰＺＴ基陶瓷纤维性能对１—３复合材料性能影响木刘维华，周静，彭蔚蔚，李君，陈文（武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，材料科学与工程学院，湖北武汉４３００７０）摘要：采用塑性聚合物方法制备了高可塑性、高密塑性聚合物方法是利用高剪切应力将陶瓷粉料与溶度和高生坯强度的Ⅸ强５、孙缸Ｓ、ＰＢＳ陶瓷纤维，通过排列浇注法制备了１．３复合材料，研究了不同组成陶瓷纤维对复合材料性能的影响．结果表明，复合材料的介电常数、声阻抗和品质因数均比相应的陶瓷性能小了一个数量级，压电应变常数ｃｆ３３和平面机电藕合系数‰不同程度降低，但是压电电

2、压常数９３３和厚度机电藕合系数岛大幅度增加，使得１．３复合材料的各相异性明显增强，复合材料的性能变化规律同压电纤维性能的变化规律相同，因此可通过改变纤维相性能而改善复合材料的性能．关键词：胁’；压电纤维；ｌ一３复合材料；性能剂、粘结剂在介观尺度上均匀混合，得到无团聚、无气泡、高固体含量的泥料体系１４】。此方法对陶瓷材料的组成没有大的限制，因此采用塑性聚合物方法可制备任意组成的压电陶瓷纤维。已经获得实际应用的压电陶瓷多为在ＰＺＴ基础上进行Ａ、Ｂ位掺杂形成的多元体系，产品性能多样化且可应用于超声、水声等各个领域。在１．３复合材料研究领域，由于陶瓷纤维制备工艺及ｌ一３复合工艺复

3、杂，使得压电相材料体系单一，从而限制了１．３复合材料的进一步发展。本研究采用塑性聚合物方法制备了高可塑性、高密度和高生坯强度的ＰＺＴ５、ＰＭｎｓ、ＰＢＳ陶瓷纤维，通过排列浇注法制备了１．３复合材料，中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ研究了不同组成陶瓷纤维对复合材料性能的影响。文章编号：ｌ００１．９７３ｌ（２００７）增刊．０７３１．０４２实验１引言压电相采用自制的ＰＭｎＳ．ＰｚＮ（简ＰＭｎｓ）陶瓷粉及１．３型压电纤维，聚合物复合材料的性能很大程度上取决于压电纤维的性能与复合材料的结构。陶瓷纤维具有较小的单元尺寸，以它为压电相制备出的复合材料均匀性好，尤其适合波长较短的高频

4、超声器件的制作。制备陶瓷纤维的方法通常有悬浮瓷粉纺丝法ｖｉｓｃｏｕｓ．山东淄博宇海电子陶瓷有限公司生产的ＰｚＴ５和ＰＢＳ粉，其主要性能指标如表１所示。粘合剂可以是亲水的，也可以是憎水的，均要求溶解成液态时有较高的粘结能力。本实验中粘合剂采用北京有机化工厂生产的聚合度为１６５０±５０的聚乙烯醇（ＰＶＡ），按照１０％（质量分数）配成ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ．ｓｐｉｎｍｎｇｐｒｏｃｅｓｓ（ＶＳＳＰ）‘¨，溶胶．凝胶法溶液，塑性剂为丙三醇。增塑剂一般用来溶解有机粘合（ｓ０１．ｇｅｌｐｒｏｃｅｓｓ）‘２】及塑性聚合物法ｖｉｓｃｏｕｓ．ｐｏｌｙｍｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ｖｐＰ）口１等。

5、剂和湿润坯料颗粒在颗粒之间形成液态间层，提高坯料的可塑性，如甘油、己基草酸等。谳压电常数ｄ３３（１０。１２（输Ｄ≥６００介电损耗ｔ９６％≤２表ｌ陶瓷的性能指标介电常数研机械品质因数Ｑ。２２００＜ｌｏｏ居里温度瓦（℃）≥２６０机电耦合系数ｋ‰Ｏ．６２Ｏ．５０ＰＢＳＰＭｎＳ≥３５０３５２≤０．５０．３１５００２１５４≥４００８１６≥３００≥２９００．５８０．５７０．４７Ｏ．３８将满足一定粒度的陶瓷粉加入适量的粘合剂、塑性剂和增塑剂，混合搅拌约３０ＩＩｌｉｎ后，对辊炼泥，使之具有一定强度后再密封陈腐２４ｈ，最后挤制成纤维塑坯，经过干燥、排胶，烧成压电纤维。纤维挤制设备为浙江象山

6、液压泵站厂生产的Ｙｗ．６０型真空蜂窝陶瓷挤制机。环氧树脂，其粘度为２５００ｍＰａ＿ｓｏ采用邻苯二甲酸二辛酯为稀释剂和增塑剂，顺丁烯二酸酐为固化剂，在１８０℃固化４ｈ，８０℃极化１５ＩＩｌｉｎ。３结果与分析为避免氧化铅的挥发，纤维的烧制过程采用密闭容器铅３．１不同陶瓷相对１．３复合材料介电性能的影响气氛埋烧。采用排列浇铸法制备１．３复合材料，纤维的体积含量为３０％。聚合物相采用岳阳石油化工厂生厂的图１为ｌｋＨｚ下的不同陶瓷相１．３复合材料的介电性能随纤维长径比抛的变化曲线。・基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４０２０１４；５０６０２０３２）：湖北省“自然科学基金创新团

7、队”建设资助项目（２００５ＡＢＣ００４）收到稿件日期：２００７．０５．０８通讯作者：陈文作者简介：刘维华（１９７３一），男，博士研究生，研究方向为压电材料。陶瓷相＼Ｐ＝羽５料的变化规律相同（见表１）。随纤维长径比缎的增加，陶瓷相为ＰｚＴ５的复合材料的介电常数研逐渐减小；陶瓷相为ＰＢＳ和ＰＭｎＳ的复合材料的介电常数８Ｔ先增大后减小。从图ｌ（ｂ）可以看出，陶瓷相为ＰｚＴ５的复合材料的介电损耗ｔａｎ６最大，陶瓷相为ＰＭｎＳ和ＰＢＳ时介寸萱至＃一量＆曼笛歪电损耗ｔ锄６相差不大。随长径比增加，陶瓷相为ＰＺＴ５时介电损耗ｔ姐６逐渐降低，陶