ZJ-3型壓電設備進行0-3型PZT/PVDF壓電複合材料壓電性能研究

采用(yòng)ZJ-3型壓電設備進行0-3型PZT/PVDF壓電複合材料壓電性能研究

0-3型PZT/PVDF壓電複合材料壓電性能研究

摘要：以PZT和(hé)PVDF爲原料，采用(yòng)熱(rè)壓和(hé)冷(lěng)壓兩種工藝制備了(le)0-3型壓電複合材料，其中PZT陶瓷粉末由sol-gel法

制得(de)。研究了(le)不同因素對(duì)複合材料壓電和(hé)介電性能的(de)影(yǐng)響。實驗結果表明(míng)在相同成型壓力下(xià)，PZT體積含量爲70%

時(shí)，熱(rè)壓和(hé)冷(lěng)壓工藝制備的(de)複合材料33d 分(fēn)别爲41和(hé)24，相差達到17，而ε相差zui大(dà)值達到32.4。

關鍵詞：0-3型PZT/PVDF壓電複合材料；熱(rè)壓法；冷(lěng)壓法

樹脂基壓電複合材料是一種多(duō)相材料, 由壓電陶瓷與樹脂基體複合形成的(de)一種新型功能材料[1]。

這(zhè)種材料具有兩相材料的(de)優點: 良好的(de)柔順性、 較高(gāo)的(de)壓電常數和(hé)機電耦合系數。壓電複合材料的(de)密度和(hé)聲速遠(yuǎn)低于壓電陶瓷, 故其聲阻抗小, 易與空氣、水(shuǐ)和(hé)生物(wù)組織實現聲阻抗的(de)匹配，滿足水(shuǐ)聲、電聲、超聲換能器等方面的(de)要求[2～4]。國内外許多(duō)材料工作者在0-3型複合材料的(de)制備工藝[5]、 影(yǐng)響性能的(de)因素[6]及理(lǐ)論研究[7]等方面做(zuò)了(le)許多(duō)工作。爲提高(gāo)複合材料的(de)性能，本實驗采用(yòng)sol-gel法合成的(de)超細納米PZT粉體作爲功能相，爲解決加工過程中的(de)分(fēn)散性問題，采用(yòng)溶液混合法制備出了(le)混合相對(duì)均勻的(de)0-3型PZT/PVDF複合材料，并 研究了(le)PZT體積含量、制備工藝對(duì)複合材料電性能的(de)影(yǐng)響。

1 實驗過程

1.1 實驗原料

自制的(de)锆钛酸鉛(PZT)壓電陶瓷粉末，相對(duì)介電常數ε爲1

152，33d 爲274 pC/N；聚偏二氟乙烯(PVDF)

粉末, 相對(duì)介電常數ε爲12，33d 爲1 pC/N。

1.2 儀器

ZJ-3系列型準靜态測試儀，PZT-JH10/4型壓電高(gāo)壓極化(huà)裝置，BJJK-TH型精密元件分(fēn)析儀  1.3 複合材料的(de)制備

将制備的(de)PZT粉末與PVDF粉末混合，加入适量乙醇超聲震蕩，混合均勻。待乙醇烘幹, 将混合粉料分(fēn)爲兩部分(fēn)。一部分(fēn)裝入模具中, 在200℃左右熱(rè)壓10 MPa成型, 自然冷(lěng)卻至室溫, 然後取出樣品；另一部分(fēn)裝入模具, 常溫10 MPa成型取出樣品，所得(de)樣品直徑φ=13 mm , 厚度d =0.50～0.80 mm。

1.4 極化(huà)及電性能測試

将上述樣品表面抛光(guāng), 将樣品的(de)上下(xià)表面鍍上免燒銀電極。極化(huà)電場(chǎng)爲10 kV/mm， 極化(huà)時(shí)間一般選擇25 min，極化(huà)溫度一般爲110℃。極化(huà)完畢後用(yòng)精密元件分(fēn)析儀測量樣品的(de)電容，測量電壓爲1V, 測量頻(pín)率爲1kHz， 根據公式S h C 00ε=, 計算(suàn)出相對(duì)介電常數ε；壓電應變系數33d 采用(yòng)ZJ-3型準靜态測量儀測試, 測試頻(pín)率爲50 Hz。