1—3型压电复合材料
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
将制备ｔＰ Ｔ ￣ Ｚ 粉末与Ｐ Ｄ 粉末混合 ，加入适量 乙醇超声震荡 ，混合均匀。待乙醇烘干， ， ｊ ＶＦ 将混合粉料分 为两部分 。一部分装入模具 中， ０ 左右热压１ Ｐ成型，自 在２（ ） ０Ｍ ａ 然冷却至室温， 然后取出样品；另一部分
装入模具， 常温１ Ｐ成型取 出样品，所得样品直径 ＝ ３ ｍ， ０ ａ Ｍ １ ｍ 厚度 ｄ ０ ０ ０ ０ ｍ ＝． — ． 。 ５ ８ｍ
量频率￣ｌＨ ， 根据公式 ＝ 。 。 ， ｋｚ Ｃ Ｓ 计算出相对介 电常数 ； 电应变系数 ｄ， ，采用Ｚ一Ａ Ｊ３ 型准静态测
量仪测试， 测试频率为５ ｚ ０ 。 Ｈ
２ 结果 与讨论
收稿 日期 ：２０ － Ｏ Ｉ ０６－ － ８ Ｉ
基金 项 目 ：黑龙 江省 科技 计划 （ ０ Ａ ０ ）资 助项 日 ＧＢ ２ ３２
中图分类号 ：Ｔ ３ Ｂ４
十
文献标识码 ：Ａ
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文章 编号 ：１０ — ８Ｘ ２０ ）１０ １－ ４ ０ ７ ９ ４ （０ ７０ － ０ ３ ０
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 －＿４ ｊ乏 ｜－ ｚ － ｌ － 乙 Ｔ４条件下，Ｐ Ｔ 乙 １ － Ｚ 体积分数与压电常数 ３的关系如图 ３ ３ 所示 ；与介电常数 的
维普资讯
第 ２ 卷第 ｌ ３ 期
２０ ０ ７年 １ 月
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
Ｊ ｒａ ｆＱｉｉａｒ ｉｅ ｓｔ ｏｕｎ ｌ ｑ ｈ ｖ ｒｉ ｏ Ｕｎ ｙ
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
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
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