1—3型压电复合材料 - 360文档中心

1-3型压电复合材料的制备与物性的研究

1-3型压电复合材料的制备与物性的研究压电复合材料是指由压电陶瓷材料和有机聚合物材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的功能材料。

由于压电复合材料同时具备聚合物相和压电相的优点而被广泛的研究,其在医学超声探头和水声换能器中都有着重要的应用。

1-3型压电复合材料的连通方式为一维连通的压电陶瓷平行的镶嵌在三维连通的聚合物基体中,其声阻抗远小于压电陶瓷材料。

因而,用复合材料制作的换能器更容易与水和人体组织匹配。

制备1-3型压电复合材料的方法有切割-填充法、脱模法等,其中切割-填充法操作简单、成本低,并且可以根据需要控制复合材料中陶瓷柱的宽度与间隔,因此被广泛的用于复合材料的制备。

本论文利用切割-填充法制备了陶瓷相的体积比不同的1-3型PZT-Epoxy压电复合材料和陶瓷相的体积比为31%的1-3型BCZT-Epoxy压电复合材料,并对其超声物性展开了研究。

主要结果如下:(1)研究了陶瓷相的体积比对1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料的压电常数、声阻抗等物性的影响,并探讨了材料的纵横比对复合材料的厚度机电耦合系数kt的影响。

实验制备了陶瓷相的体积比分别为25%、31%和40%的压电复合材料。

研究发现复合材料的声阻抗Z和压电常数d33都随陶瓷相的体积比的增加而增大,实验制备的复合材料的声阻抗的最小值和压电常数的最大值分别为10.2Mrayl、317pC/N。

与PZT43陶瓷材料相比,复合材料的厚度机电耦合系数kt 提高、介电常数εr降低,但是介电损耗tanδ增加、机械品质因子Qm比PZT43陶瓷降低了 2个数量级。

在-50℃-150℃的测试区间内,实验制备的压电复合材料的厚度机电耦合系数kt都具有较好的温度稳定性,并且kt随着复合材料样品的厚度的增加呈现先增加后减少的趋势,在纵横比约为3时kt取得最大值。

陶瓷相的体积比为31%的1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料在厚度为1.4mm时的物性分别为:d3= 273pC/N,Z=11 Mrayl,kt=0.66,Q =4.1 εr= 410,ta =0.03。

0-3型PZT／PVDF压电复合材料压电性能研究

１３复合材料的制备．
将制备ｔＰＴ￣Ｚ粉末与ＰＤ粉末混合，加入适量乙醇超声震荡，混合均匀。待乙醇烘干，，ｊＶＦ将混合粉料分为两部分。一部分装入模具中，０左右热压１Ｐ成型，自在２（）０Ｍａ然冷却至室温，然后取出样品；另一部分
装入模具，常温１Ｐ成型取出样品，所得样品直径＝３ｍ，０ａＭ１ｍ厚度ｄ００００ｍ＝． — ．。５８ｍ
量频率￣ｌＨ，根据公式＝。。，ｋｚＣＳ计算出相对介电常数；电应变系数ｄ，，采用Ｚ一ＡＪ３型准静态测
量仪测试，测试频率为５ｚ０。Ｈ
２结果与讨论
收稿日期：２０－ＯＩ０６－－８Ｉ
基金项目：黑龙江省科技计划（０Ａ０）资助项日ＧＢ２３２
中图分类号：Ｔ３Ｂ４
十
文献标识码：Ａ
’
文章编号：１０ — ８Ｘ２０）１０１－４０７９４（０７０－０３０
树脂基压电复合材料是一种多相材料，南压电陶瓷与树脂基体复合形成的一种新犁功能材料川这种材。料具有两相材料的优点：良好的柔顺性、较高的压电常数和机电耦合系数。电复合材料的密度和声速远压
极化木，任ｌ１。则不同＿．－１ｌ－＿４ｊ乏｜－ｚ－ｌ－乙Ｔ４条件下，ＰＴ乙１－Ｚ体积分数与压电常数３的关系如图３３所示；与介电常数的
维普资讯
第２卷第ｌ３期
２００７年１月
齐齐哈尔大学学报
ＪｒａｆＱｉｉａｒｉｅｓｔｏｕｎｌｑｈｖｒｉｏＵｎｙ

1-3型压电复合材料及换能器研究的开题报告

1-3型压电复合材料及换能器研究的开题报告您好，以下是一份可能的开题报告模板，供参考：开题报告一、选题背景和意义1-3型压电复合材料是一种重要的压电材料，由于其高压电性能和良好的机械性能，在传感器、换能器、振动控制等领域有广泛的应用。

近年来，研究人员提出了多种制备方法和改进技术，以进一步提高材料的性能。

换能器是一种将电能和机械能相互转换的装置，其中压电换能器以其高效率和稳定性，被广泛应用于声波、超声波、声光、光电等领域。

研究压电复合材料作为换能器材料，可以为开发高性能、低成本的压电换能器提供理论和技术支持。

二、研究目标和内容本项目旨在研究1-3型压电复合材料及其在压电换能器中的应用，具体目标和内容包括：1. 探究不同种类的1-3型压电复合材料的制备工艺和性能，比较其优缺点；2. 分析1-3型压电复合材料的微观结构和性能之间的关系，以揭示材料的基本特性；3. 设计和制备基于1-3型压电复合材料的压电换能器，探究其灵敏度、响应速度、频率响应等性能；4. 对比不同种类的压电换能器的性能，探究压电复合材料在换能器中的优势和不足。

三、研究方法和技术路线1. 利用模拟软件建立1-3型压电复合材料的微观结构模型，分析材料的力学特性；2. 通过溶胶-凝胶法、烧结法等制备1-3型压电复合材料样品，对其压电性能、机械性能和微观结构进行测试和分析；3. 设计并搭建压电换能器实验平台，测量其电学、机械性能，比较不同种类压电换能器在响应速度、频率响应等方面的性能差异；4. 运用统计学方法分析压电复合材料和压电换能器的性能数据，得出结论和预测。

四、预期成果1. 详细研究和分析不同制备方法下1-3型压电复合材料的微观结构和性能，为高性能压电材料的研发提供理论指导和技术支持；2. 探究1-3型压电复合材料在压电换能器中的应用，为压电换能器的设计和制备提供重要的实验基础和理论依据；3. 比较不同种类压电换能器的性能差异，为压电换能器的研究和开发提供重要的参考和指导。

1-3型球形压电陶瓷复合材料换能器设计

型球形压电陶瓷复合材料换能器设计［LI X L，TENG C，ZHOU Y.Design of 1-3 Spherical Piezoelectric Ceramic Composite Tranducer［DOI：10. 16311/j. audioe. 2020. 08. 020型球形压电陶瓷复合材料换能器设计李晓雷，滕超，周瑜中国电子科技集团公司第三研究所，北京型球形压电陶瓷复合材料换能器。

采用切割型球形压电陶瓷复合材料制作球形换能器，波束角可达44°，可实现高频宽波束发射。

Design of 1-3 Spherical Piezoelectric Ceramic Composite TranducerLI Xiaolei, TENG Chao, ZHOU Yu(The 3th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Beijing 100015, China)A 1-3 spherical piezoelectric ceramic composite transducer was designed by using finite element software. 1-3 spherical piezoelectric ceramic composites were prepared by cutting-pouring-forming method and their properties were tested. The spherical transducer is made of 1-3 spherical piezoelectric ceramic composite material and measured by the test system. The results show that the biggest transmitting voltage response of the transducer can reach 156 dB, and the -3 dB beam angle can reach 44wide beam transmission in the working frequency range.1-3 spherical piezoelectric ceramic composite; transducer; wide beam压电复合材料是将压电陶瓷相和聚合物相按一定的体积或重量比例和一定的空间几何分布复合而成的。

换能器材料

磁致伸缩式换能器的原理
当有外加磁场作用时，由于这种磁畴将发生转动，使其磁化方向尽量与外磁场方向趋于一致，从而使该材料沿外磁场方向的长度将发生变化，表现为弹性应变（当然，这种变形引起的应
变是很小的，约在 10-5~10-6 之间）。这种现象即是磁致伸缩效应。相反，具有磁致伸缩效应的材料在经受外加应力或应变时，其磁化强度也会发生改变，此即为逆磁致伸缩效应。这样，在对磁致伸缩材料施以交变磁场时，该材料将沿磁力线方向发生磁致形变，从而可以在与它表面紧密接触的介质中激发出机械振动波-超声波。同样，利用逆磁致伸缩效应则可达到接收超声波的目的：施加到磁致伸缩材料上的应变（弹性应力-超声波作用力）将使处在外加磁场中的该材料其磁场的磁通密度发生变化（此即所谓磁弹性效应），从而使位于该材料表面上的检测线圈中将因磁通密度变化而产生感应电势，可以用作磁弹性效应的信号，达到接收超声波的效果（注意磁场方向应和应力方向-超声波产生的质点振动方向一致）。
老化:压电陶瓷在经过极化上电极是暂时加热到高温或较大扰动后，其参数随时间变化而变化称老化居里点：压电陶瓷的性能随温度变化，温度超过某一温度时，压电性能会完全消失。电退极化：在压电陶瓷上加与原来极化电场相反的强电场，将引起退极化，抗张强度：抗张强度《抗压强度压电陶瓷是一种重要的功能材料具有优异的压电、介电和光电等电学性能，被广泛应用压电陶瓷换能器的特点是：致密度高、机械强度高、加工容易、适合大批量生产。经过一些容易实现的加工手段就可制成任何给定的形状和几何尺寸。它们的化学特性不活泼，不易受化学腐蚀，不受湿气和其他恶劣气候条件的影响。此外，这些陶瓷的机械定向和电学定向可与陶瓷的形状确定取向。这些定向是极化过程中定下来的，该过程使陶瓷出现压电特性。直流极化场的方向决定了机械和电学定向的方向。对极化后的压电陶瓷换能器可在各个方向或组合方向上展现压电分为： [1]线型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积不变，但在长度方向上伸缩变化的程度大，这是磁致伸缩式换能器主要应用的类型。但是，它只能在居里温度以下的情况发生，若温度超过居里点后将只能存在体积型磁致伸缩。 [2]体积型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积也会发生变化。

功能复合材料-3-压电复合材料

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3.3.2 压电功能复合材料的理论研究
理论研究非常活跃。理论研究非常活跃。如，对含有空间定向埋入相的压电复合材料的有效电弹性性能进行了分析，提出了一个微观力学模型来估计压电功能复合材料的的电、热和弹性性能，合材料的的电、热和弹性性能，并将其用于研究微观结构和性能的关系。微观结构和性能的关系。
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功能复合材料
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3.2.3 其它类型的压电功能复合材料
1. 3-0型压电功能复合材料型压电功能复合材料压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。 2. 3-1型和型压电功能复合材料型和3-2型压电功能复合材料型和压电相是三维连通的，而聚合物基体则仅在一维或两压电相是三维连通的，维连通。维连通。 3. 3-3型压电功能复合材料型压电功能复合材料两相在三维方向都是自连通的，且可分为珊瑚复合两相在三维方向都是自连通的，有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。型、有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。
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降低聚合物泊松比，降低聚合物泊松比，增强复合材料压电性能的途径：的途径：发泡剂或玻璃球引入气孔，（1）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔，）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔可使制得的复合材料的水声性能有所改善；可使制得的复合材料的水声性能有所改善；（2）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触，）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触，应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。（3）通过横向增强的方法增加应力放大系数，）通过横向增强的方法增加应力放大系数，起到减小g 而不影响g 的作用，起到减小 31而不影响 33的作用，从而使材料的静水压压电系数得以提高。静水压压电系数得以提高。

1-3型压电纤维复合材料薄壁梁-精品文档

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同时注意另外两个应变
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不为0。 (1)
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(1) 薄壁梁上任意一点位移表达式的推导设A为薄壁梁截面中线上任意的一点，它在整体坐标系中坐标为(x0,y0,z0)，在A点处有以改点为原点的流动笛卡尔坐标系x-s-n，则薄壁梁截面上的任意一点B可以用流动坐标系唯一确定，它在流动坐标系下的坐标为 (x0,s,n)。由以上可以推导出薄壁梁上任意点B的在整体坐标系下的位移(u,v,w)与中面平动位移u0(x)、v0(x)和 w0(x)及其转角Φ x， Φ y和Φ z的关系为:
由于薄壁结构可以减轻结构自重，合理利用材料，并且使得结构外形美观，所以工程中大量采用薄壁构件作为承力部件。其典型的应用领域有航空航天(机翼和直升机的旋翼是典型的薄壁结构)、船舶、车辆、起重机和高层建筑等。薄壁梁在工程中的使用，不可避免的会遇到振动、噪声和结构优化等问题，由此也就引出了薄壁结构的振动和形状控制等问题，特别是薄壁结构的扭转振动和扭转形状控制。
采用虚拟操作面技术的飞机示意图
薄壁梁的研究进展
为了设计所需性能的含1-3型压电纤维复合材料的主动薄壁梁，就需要一个可靠的，精度较高的和易于操作的主动梁分析模型。 Vasilan等研究了各向异性材料的薄壁梁自由扭转问题，其模型的主要特点是假设结构受载时，剖面在固有平面内不变形，轴向应力和曲度为零； Gjelsvik A等结合圣维南原理假设闭室薄壁梁结构中面剪切变形的分布与圣维南分布一致，建立了与开口剖面形式一致的闭室薄壁结构扭转综合理论； Relifield等从能量原理推出了一个单闭室盒式薄壁梁模型，考虑了横向剪切和约束扭转翘曲的影响；邓采用高次翘曲理论对复合材料薄壁结构的限制扭转力学特性进行了分析和研究。

1-3型压电复合材料设计分析

ｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）．Ｔｏｃｏｍｐｏｓｅｔｈｅ１－３ｍｏｄｅ
ｐｉｅｚｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ＰＺＴ一５Ｈｆｏｒｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃｐｉｌｌａｒｓａｎｄｐｏｌｙｍｅｒｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｓａｍａｔｒｉｘ．ＶｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＰＺＴ一５Ｈｗａｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｍｏｄｉｆｙｉｎｇｔｈｅｓｉｚｅｏｆｐｉｌｌａｒｓａｎｄｔｈｅｉｒｓｐａｃｉｎｇ．Ｔｈｏｕｇｈｈａｒｍｏｎｉｃ
ｐｈａｓｅｍａｔｅｒｉａｌｏｆｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｖａｌｉｄａｔｅｄ．Ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｓｈａｖｅａｇｏｏｄａｇｅｅｍｅｎｔ
ａｎａｌｙｓｉｓ（ＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅ），ｔｈｅｈｉ【ｇｈｅｓｔｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｉｎ
塾皇塑鱼

压电复合材料

压电复合材料摘要: 从压电材料的压电效应入手, 介绍了压电材料的分类及结构组成。

针对不同压电材料在生产实践中的应用情况, 列出现阶段压电材料的制备技术。

综述了近年来压电材料的研究现状, 并系统介绍了压电材料在各个领域的应用和发展。

关键词：压电材料；压电效应；制备工艺；应用Abstract: This paper begins with the piezoelectric effect and introduces the classification and structure of piezoelectric materials. Considering the application of different piezoelectric materials in the production practice, preparative techniques of piezoelectric material in the current stage are listed. Research actuality of piezoelectric materials is summaried. Application and development of the piezoelectric materials in various Fields are also introduced systematically.Keywords: piezoelectric material; piezoelectric effect; preparative technique; application1.引言自20世纪出现压电材料以来, 因其独特性能,逐渐成为材料领域中的重要组成部分。

随着电子、导航和生物等高技术领域的发展, 人们对压电材料性能的要求越来越高。

目前, 研究和开发压电材料主要是从老材料中发掘新效应, 开拓新应用; 从控制材料组织和结构入手,运用新工艺制备各种新型压电材料。

复合材料读书报告

功能复合材料的研究和应用压电复合材料概念：压电复合材料是有两种或多种材料复合而成的压电材料。

常见的压电复合材料为压电陶瓷和聚合物（例如聚偏氟乙烯活环氧树脂）的两相复合材料。

这种复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的长处，具有很好的柔韧性和加工性能，并具有较低的密度、容易和空气、水、生物组织实现声阻抗匹配研究：压电材料由于具有响应速度快、测量精度高、性能稳定等优点而成为智能材料结构中广泛应用的传感材料和驱动材料。

但是，由于存在明显的缺点，在实际应用中收到了极大的限制。

例如，压电陶瓷的脆性很大，经不起冲击和非对称受力，而且其极限应变小、密度大，与结构粘合后对结构的力学性能会产生较大的影响。

压电聚合物虽然柔顺性好，但是它的使用温度范围小，而且其压电应变常数较低，因此作为驱动器使用时驱动效果差。

为了克服上述压电材料的缺点，人们开发了压电复合材料。

由于压电复合材料不但可以克服压电材料的缺点，而且还兼有有机高分子与无机材料两者的优点，甚至可以根据使用要求设计出单项压电材料所没有的性能，因此越来越引起人们的重视。

应用：压电复合材料最初是运用于水声领域中并且是由r e newnham首次研制成功了1-3型压电复合材料。

美国加州斯坦福大学b a auld 的等人建立了pzt柱周期排列的1-3型压电复合材料的理论模型, 在随后的数年中许多国家的科研机构也相继开展了压电复合材料的研究工作如澳大利亚的helen lw chan等日本的hiroshi等意大利的h zewdie等然而传统的压电陶瓷机械品质因数ｑｍ高压电常数g33小声阻抗大及厚度共振弱不适合换能器带宽窄脉冲灵敏度高的要求压电复合材料具有良好的柔顺性加工性能优异并且克服了压电陶瓷材料易碎的特点因加入第二相无源材料使得压电复合材料的声阻抗率ｃ小易与水及生物组织实现声阻抗匹配同时压电复合材料具有较高的压电常数d33和机电耦合系数ｋｐ因此含有压电相和聚合物相的压电复合材料成为制作换能器的理想材料。