聚合物基陶瓷化复合材料的研究进展

聚合物基陶瓷化复合材料具有有机高分子材料和无机陶瓷的优异性能,可在高温下变成多孔结构和冲击陶瓷层,陶瓷层可阻碍热量传递,隔离可燃物与氧气的接触,因此具有很好的阻燃和耐火作用,是一种新型耐火和耐高温材料。介绍了聚合物基陶瓷化复合材料的组成及其陶瓷化机理,综述了聚合物基陶瓷化复合材料的分类,包括橡胶类陶瓷化复合材料、乙烯聚合物基陶瓷化复合材料、环氧树脂基陶瓷化复合材料、酚醛树脂基陶瓷化复合材料等。未来的研究重点主要集中在提高陶瓷填料与树脂基体的相容性、制备高效阻燃剂和高效陶瓷化体系的设计上。

PLZT陶瓷纤维/环氧树脂1-3复合材料的制备和性能研究

以乙酸铅、乙酸镧、乙酸氧锆和钛酸丁酯为原料,用溶胶-凝胶法制备了掺镧锆钛酸铅(PLZT)凝胶纤维.该纤维经热解、烧结后成为直径约25μm的陶瓷纤维.陶瓷纤维的表面和断面形貌的电子扫描图象表明,该陶瓷纤维均匀致密.用阿基米德法测得陶瓷纤维的密度为:7.78×103kg/m3.对于直径为4.4mm、厚度为43μm、陶瓷含量为70％的PLZT陶瓷纤维/环氧树脂1-3复合材料压电片,测得其压电常数d33、机电转换常数kt分别为:410pC/N和0.631.

压电/磁致伸缩/环氧树脂层合复合材料的磁电效应及其频响特性

磁电复合材料在磁-电能量转换等领域具有重要的潜在应用价值,研究磁电复合材料在较高频率下的磁电耦合特性对于实际应用具有重要意义。本文中以0-3型的Terfenol-D(Tb0.30Dy0.70Fe2)/环氧树脂复合材料为磁致伸缩层,以PZT[Pb(Zr0.52Ti0.48)O3]压电陶瓷为压电层,制备了三明治结构的层合磁电复合材料。研究了Ter-fenol-D/环氧树脂复合材料层的磁致伸缩性质,并对所制备的层合磁电复合材料磁通密度、介电常数以及磁电电压系数等随频率和偏磁场的变化规律进行了系统研究。结果表明,由于Terfenol-D/环氧树脂复合材料的引入,层合磁电复合材料呈现出良好的频率响应特性,可靠工作范围大大拓宽。层合磁电复合材料具有优良的动态磁电耦合性能,在优化偏磁场630 Oe和共振频率69.6 kHz下的磁电效应高达21.2 V/cmOe。此外,层合磁电复合材料的磁电效应随偏磁场的变化发生明显变化,并存在优化偏磁场。对上述现象和结果进行了详细讨论,并给出了层合磁电复合材料的磁电耦合机制。

PZT/环氧树脂0-3型压电复合材料性能的研究

制备了以环氧树脂为基体，不同ＰＺＴ材料为压电相的两种０－３型压电复合材料．研究了极化工艺参数和陶瓷粉末对压电系数ｄ３３的影响．结果表明，复合材料的压电系数ｄ３３先随极化电场Ｅ和极化时间ｔ的增加而增加，之后趋于恒定．ＰＺＴ体积含量增加，介电常数ε２减小，则复合材料压电系数ｄ３３增加．

KH 560表面改性纳米BaTiO_3/环氧树脂压电复合材料

采用硅烷偶联剂KH 560对纳米BaTiO_3进行表面改性,并将其与环氧树脂E20经球磨共混后,在咪唑类固化剂作用下固化成型,制得高分子压电复合材料。研究了固化剂种类及用量、固化温度、固化时间、纳米BaTiO_3用量对复合材料性能的影响,并研究了该复合材料的拉伸强度、热稳定性和压电性能。结果表明,当采用2-甲基咪唑作固化剂,且2-甲基咪唑的量∶环氧值=0.6时,在室温真空下继续脱泡12 h后,在50℃固化0.5 h,然后于120℃固化2 h获得的复合材料力学性能较佳。复合材料的拉伸强度、热分解温度都随着改性BaTiO_3用量的增加而升高。复合材料介电常数最高为52 F/m,且随着扫描频率的升高介电常数逐渐降低,但介质损耗较低(损耗角正切小于1.5),具有较好的压电性能。

界面改性对钛酸铅/环氧树脂压电复合材料性能的影响

采用KH－550对钛酸铅（PT）粉末进行表面处理，通过对PT／环氧树脂和处理PT／环氧树脂两种压电复合材料的压电应变常数、耐热性和耐冲击强度的测定和对比，研究了界面改性对压电复合材料的压电性能的影响结果表明：通过界面改性，可以明显提高复合材料的耐热性和耐击穿强度，而对饱和极化时的压电应变常数无影响．

钛酸铅-环氧树脂压电复合材料的极化及压电性能研究

对钛酸铅／环氧树脂复合压电材料的极化性能进行了研究。结果表明，较高的极化电场强度和较高的极化温度均有利于压电复合材料压电性能的提高，但超过一定位时，材料会达到饱和极化状态，压电应变常数趋于稳定。

多孔Al_2O_3陶瓷/Al_2O_3超微粉/环氧树脂新型复合材料的性能研究

以孔隙规则排列的Al2O3多孔陶瓷为骨架,制备了多孔Al2O3陶瓷/Al2O3超微粉/环氧树脂新型复合材料。研究了三维连通陶瓷骨架对复合材料力学性能和高温尺寸稳定性的影响。研究结果表明,新型复合材料具有更优越的室温和高温力学性能。当陶瓷骨架含量为16.8%时,其室温的抗弯强度、抗弯模量、抗压强度和抗压模量分别为115.5MPa、3.6GPa、170.2MPa、2.4GPa。在120℃压缩时,其抗压强度、抗压模量分别为47.8MPa、0.9GPa。新型复合材料具有良好的高温尺寸稳定性,在180℃尚未发现变形。

空心聚合物微珠/环氧树脂复合材料匹配层空耦式压电换能器

研制了一种厚度模空耦式压电换能器,使用综合考虑材料衰减系数和声阻抗的空耦式压电换能器电力声等效电路理论模型以指导匹配层结构设计和材料选择,选用新型的空心聚合物微珠/环氧树脂复合材料作为声匹配材料,优化设计电阻抗匹配及结构参数。该换能器中心频率为510 kHz,-6 dB频域相对带宽为25.4%,插入损耗为-27 dB。结果表明,使用新型低衰减系数的闭孔复合材料单匹配层设计的该换能器不仅保证了高灵敏度,同时简化了换能器结构,为空耦式压电换能器研制提供了新思路。

0-3型陶瓷/聚合物压电复合材料的压电性能研究

采用溶液共混法和热压法分别制备了PZN-PZT/PI、PZN-PZT/PVDF 0-3型压电复合材料,所得材料具有较高的压电常数和良好的可柔性加工性能。并研究分析了无机压电陶瓷种类、含量,压电聚合物类型、制备工艺与极化参数对压电系数d33的影响,在一定程度上提供了提高0-3型聚合物/陶瓷压电复合材料的压电性能的途径。

压电陶瓷/硫铝酸盐水泥复合材料的压电性及介电性

采用水泥作为压电复合材料的基体,可有效解决机敏材料与混凝土母体结构材料之间的相容性问题。用压制法制备了铌锂锆钛酸铅[0.08Pb(Li1/4Nb3/4)O3·0.47PbTiO3·0.45PbZrO3,简称P(ZTNL)]/硫铝酸盐水泥复合材料,分析讨论了P(ZTNL)颗粒粒度和含量对水泥基压电复合材料的压电性和介电性的影响。结果表明:随着P(ZTNL)粒度的增大,复合材料的压电性和介电性均随之增大,但机电耦合系数则减小,当达到一定值后,机电耦合系数趋于稳定。综合分析表明,在所研究的材料中P(ZTNL)粒度应为100μm左右为宜。随着P(ZTNL)含量的增加,压电复合材料的压电常数和介电常数均增大,而介电损耗则减小,只有当P(ZTNL)质量分数超过70%时,水泥基压电复合材料才显示出较好的压电性能。P(ZTNL)的质量分数为85%时,压电复合材料的平面机电耦合系数KP和厚度伸缩机电偶合系数Kt分别为28.54%和28.19%。在-30～100℃范围内,水泥基压电复合材料的介电常数几乎不变,表现出优良的介电稳定性。

压电陶瓷/聚合物复合材料的制备工艺及其性能研究进展

本文首先介绍了压电材料的种类和基本性能，然后介绍了在不同的应用背景下压电陶瓷／聚合物复合材料的十种连通方式，综述了这类压电材料的制备工艺，较全面地总结了前人对这类压电材料的性能研究工作。

PZN-PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能

采用固相烧结法合成了 PZN- PZT(铌锌锆钛酸铅 )三元系压电陶瓷烧结块材和粉末 ,并采用 XRD、SEM等测试方法对其结构和性能进行了分析。PZN- PZT常压烧结陶瓷具有优良的压电性能 ,PZN- PZT颗粒粒径在 0 .5～ 4 μm之间 ,颗粒形态不太规整。采用溶液共混法将 PZN- PZT粒子均匀分散于 PVDF基体中 ,制备了 PZN- PZT/PVDF0 - 3型压电复合材料。研究了 PZN- PZT质量分数、极化电场等因素对该压电复合材料压电和介电性能的影响。实验结果表明 ,选用压电活性更高的压电陶瓷粉末进行复合 ,可有效提高压电复合材料的压电性能。增加 PZN-PZT质量分数。

1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料与换能器研究

分析了1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料的压电特性与声学特性,给出了相关参数的计算表达式.采用切割弧形压电陶瓷并填充有机物的方法,制作了1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料,并进行了性能参数测试.利用研制的1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料制作了水声换能器并在标准消声水池中对电性能指标进行了测试.结果表明:弧形1-3-2型压电复合材料及其换能器件,在工作频带内具有模态单一,不易发生变形,高频时可实现宽波束发射以及制作工艺简单等优点.

陶瓷聚合物压电复合材料的最新进展

以连通性为基础分类综述了陶瓷聚合物压电复合材料的发展历史、有关理论模型、研究现状及最新进展 。

0-3型压电陶瓷/聚合物复合材料的制备工艺新进展

0 3型压电陶瓷 /聚合物复合材料具有单相压电陶瓷或聚合物所不具备的良好的综合性能 ,因此引起了人们广泛的兴趣和研究。本文综述了 0 3型压电复合材料的制备工艺及相应复合材料的压电性能 ,重点介绍了水解 聚合法、凝聚 胶体法、溶液聚合法 3种新型制备工艺 ,简要分析各种制备工艺的优缺点 ,为压电陶瓷 /聚合物复合材料 (甚至是纳米级压电复合材料 )的进一步研究、开发和应用提供依据。

Bi掺杂PLZT陶瓷纤维/环氧树脂1-3复合材料的制备

选用醋酸铅、醋酸镧、醋酸铋、丙醇锆和钛酸四正丁酯为原料，以乙二醇甲醚为溶剂，用溶胶-凝胶法制备铋和镧掺杂的连续锆钛酸铅纤维。乙酰丙酮作为螯合剂增加醋酸镧的溶解性，并控制其水解程度。该纤维经热解、烧结成陶瓷纤维，直径在25～50μm范围。用扫描电镜（SEM）分析陶瓷纤维截面的形貌，显微照片表明该陶瓷纤维均匀致密。将烧结后的陶瓷纤维与环氧树脂复合，制备出陶瓷纤维／环氧树脂1-3复合材料。压电复合材料片直径为7．8mm，厚度为0．375mm，纤维含量为0．45，其压电常数、机电转换常数分别为454pC／N、0．63。

应用压电陶瓷的减振复合材料研究

根据压电、导电的原理,研究了CPE/BaTiO_3/VGCF体系中,机械振动能通过压电陶瓷钛酸钡转换成电能,并通过材料中VGCF形成的导电网络,将电能转换成热能,从而达到减振效果的现象。

0—3型压电陶瓷－聚合物复合材料的乘积性质

提出０—３型压电陶瓷－聚合物复合材料具有乘积性质，并基于复合材料的串联和并联模型进行了理论分析。分析表明，０—３型压电陶瓷－聚合物复合材料产生最大乘积效应的必要条件为两组元的体积分数约０．５左右。作为实例，分析了ＰＺＴ－ＰＶＤＦ、ＴＧＳ－ＰＶＤＦ和ＢＴ－ＰＶＤＦ热释电复合材料的实验结果，发现了增强热释电效应。

PANI-PMN/环氧树脂复合材料的制备

用自制的聚苯胺(PANI)包覆铌镁锆钛酸铅(PMN)粉末为功能相,以环氧树脂为基体,制备了PANI- PMN/环氧树脂复合材料。当w(PANI-PMN)小于60%时,随w(PANI-PMN)的增大复合材料的压缩强度有所提高。当w(PANI-PMN)大于60%时,压缩强度降低。随着w(PANI-PMN)的提高,试样的电导率增大。PANI包覆PMN制备的复合材料的阻尼损耗因子提高。在PANI-PMN/环氧树脂复合材料中,除环氧树脂的黏弹性阻尼、填料与基体的相互作用耗能外,还存在压电阻尼作用,并且具有一定电导率的体系有利于压电阻尼发挥作用。