3-2型陶瓷-空气复合材料振动状态的研究

3-2型陶瓷-空气复合材料是在1-3型压电复合材料的结构基础上改进而来。3-2型压电材料由PZT-5A和空气复合而成。首先使用ANSYS有限元仿真软件的模态分析研究了3-2型压电复合材料做厚度伸缩振动。其次通过谐响应分析了敏感元件在正弦信号激励下的稳态响应,讨论了压电材料陶瓷体积分数对其振动特性的影响,研究了不同体积分数压电陶瓷材料在厚度振动谐振频率下的振动位移。最后通过实验制备了3-2型压电材料的实物样品,使用激光测振仪测量压电振子的振动状况,并对仿真数据进行验证。结果表明,在正弦信号激励下,3-2型复合材料的振动模态为厚度伸缩振动,振动位移最大值为3.840 nm(单位电压下),陶瓷体积占比的变化不会对振动位移产生太大影响。

一种改进型1-3-2压电复合材料的研究

高质量的压电换能器需要具备较高的机电耦合系数和灵敏度。该文在传统型1-3-2压电复合材料的基础上提出了一种改进型1-3-2压电材料,提高了压电换能器的机电耦合系数和换能器的接收灵敏度。通过有限元仿真分析了不同间距对改进型1-3-2压电材料敏感元件的谐振频率、反谐振频率及机电耦合系数的影响,并与传统1-3-2型压电复合材料进行了对比。结果表明,与传统型1-3-2压电复合材料相比,在相同间距条件下,改进型压电材料的机电耦合系数约大0.03。制做的3种不同间距改进型压电材料表明,间距为1 mm的改进型压电材料的机电耦合系数较大,约为0.68。

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.

基于类1-3-2型压电复合材料高频水声相控阵换能器研究

对基于类1-3-2型压电复合材料的高频相控阵换能器进行了理论分析和实验研究。通过切割与填充去耦材料制作类1-3-2型压电复合材料,并对类1-3-2型压电复合材料的基元进行布阵,在二维方向上形成4个子阵。通过对子阵适当相移,抑制主瓣和保留栅瓣,在空间上形成所需的发射与接收波束。实现了通过一个多元平面阵列形成4个所需的指向性波束,测速时避免了声学补偿。与传统使用4个活塞型收发换能器形成指向性波束的方法相比,相控阵换能器的几何尺寸显著减小。研究结果表明,基于类1-3-2型压电复合材料高频水声相控阵换能器具有高发射响应,宽频带,波束一致性好,结构紧凑,制作工艺简单可靠等优点。

1-2-3型摩擦制动复合材料的研究

针对近年来摩擦制动材料的发展要求 ,选用 2维的片状蛭石与 1维的 Kevlar纤维混杂作为增强体 ,在配方及工艺研究的基础上 ,成功地研制出 1 - 2 - 3型复合增强摩擦材料。其性能及机理研究表明 :此摩擦材料力学性能高 ,摩擦性能稳定 ,特别是高温磨损小 ,是一种具有广阔发展前景的摩擦制动材料。

1-3-2型压电复合材料的研制

基于Newnham复合材料串、并联理论,推导了计算1-3-2型压电复合材料的介电常数和压电常数的公式。经反复试验,研制了两批1-3-2型压电复合材料样品。测试结果表明,1-3-2型压电复合材料性能参数的理论计算值与实测结果相符。

超快激光制备高频1-3型PIN-PMN-PT复合材料超声换能器

与其他压电材料相比,1-3型压电单晶复合材料具有优异的压电性能和更匹配的声学特性,更有利于制备出性能优异的超声换能器。该文通过有限元软件COMSOL对复合材料的振动模态及阻抗特性进行了系统的研究,同时采用皮秒激光制备了高频1-3型Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)(PIN-PMN-PT)铁电单晶/环氧树脂复合材料,并进行了性能表征。该1-3复合材料机电耦合系数为0.65,声阻抗为19.96 MRayls。该复合材料可用于制备高频超声换能器,结果表明,换能器中心频率为17.68 MHz,-6 dB带宽为84.38%,插入损耗为-25.4 dB。

镀铜导电陶瓷颗粒Ti_3SiC_2对铜-石墨复合材料性能的影响

采用超声波化学镀覆技术在导电陶瓷颗粒表面,可获得均匀、连续的镀铜层。用粉末冶金法将镀铜Ti3SiC2与铜、石墨制备成镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料,用金相显微镜和扫描电子显微镜观察和分析了复合材料的显微组织和断口形貌,并测试了它们的电阻率、硬度和抗弯强度。结果表明:随镀铜Ti3SiC2含量的增加镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料的导电性、硬度和抗弯强度显著提高,并且各项性能明显优于不镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料。

1-3-2型复合材料的面板应力放大作用研究

在1-3-2型压电复合材料上表面覆盖金属面板,不仅可以解决电极引出困难的问题,而且面板的应力放大作用可以提高复合材料的压电性能。本文利用有限元分析方法分析面板应力放大作用产生的原因,讨论面板的杨氏模量、泊松比和厚度对应力放大作用的影响。研究结果表明:选用较小杨氏模量,较大泊松比的金属材料作为面板能有效地提高1-3-2型压电复合材料的压电性能。对于不同材料的金属面板,其最佳厚度的选取范围是不同的,只有选择了适当的厚度,才能最大限度地发挥面板的应力放大作用。

方形1-3-2型压电复合材料薄片的谐振性能研究

通过理论和实验研究了水声换能器用方形1-3—2型压电复合材料薄片的结构参数（陶瓷体积分数和外形尺寸）对其谐振性能的影响。利用压电方程和均匀场理论得到了1-3—2型压电复合材料的各项等效性能参数，分析了复合材料结构参数对谐振性能的影响。制备了陶瓷体积分数和外形尺寸不同的两组1-3—2型压电复合材料样品，测量得到复合材料谐振频率随陶瓷体积分数和外形尺寸的变化数据。结果表明，当1-3—2型复合材料中陶瓷基底的体积百分比小于30％，1-3复合材料部分中陶瓷柱体积分数在30％～80％，且复合材料总体厚宽比小于阈值（这个阈值随陶瓷体积分数变化）时，其厚度谐振性能较好。另外，将实验结果与理论计算进行了比较，两者符合较好，验证了理论公式的正确性。

类1-3型TiO_2颗粒填充聚氨酯复合材料的制备及粘弹性

采用化学沉淀法制备出TiO_2颗粒,SEM结果表明该颗粒为平均粒径660nm的圆润球体。以该种TiO_2颗粒为分散相制备聚氨酯基复合材料,SEM结果证实在不加场条件下制备出了颗粒弥散分布的0-3型复合材料,而在外加电场条件下制备出了颗粒取向排布的类1-3型复合材料。对所制备两种聚氨酯基复合材料进行动态粘弹性及蠕变测试。结果表明,类1-3型TiO_2颗粒填充聚氨酯复合材料比0-3型复合材料具有更高的储能模量,且类1-3型复合材料的抗蠕变性能较0-3型复合材料有显著提高。

1-3型压电复合材料研究现状与展望

本文综述了近年来国内外1-3型压电复合材料的研究现状,并从理论模型、制备工艺、功能相体系的选择及其特点与应用等四个方面进行阐述,最后对其发展前景进行了展望。

基于类1-3-2型压电复合陶瓷夹心式换能器性能的研究

研究并设计了类1-3-2型压电复合材料与基于此材料的夹心式换能器,分析了类1-3-2型压电复合材料的频率特性和夹心式换能器的频率方程。利用切割法制作类1-3-2型压电复合材料,并采用该材料制作了夹心式换能器并进行了实验验证。研究表明:该型换能器可实现拓宽夹心式换能器工作频带,有效抑制杂散模态以及改善位移分布,可应用于大功率超声与水下大功率发射器。

几种1-3-2型压电复合材料温度弯曲形变及相关参数测试研究

利用光纤光栅传感法,对压电陶瓷/618环氧树脂、压电陶瓷/9110T有机硅树脂、压电陶瓷/9110B有机硅树脂和压电陶瓷/HASUNCAST有机硅树脂四种1-3-2型压电复合材料进行实时温度弯曲形变测试,并对其相关温度稳定性电参数进行测试分析。结果表明,压电陶瓷/9110T有机硅树脂和压电陶瓷/HASUNCAST有机硅树脂压电复合材料的介电损耗极大;压电陶瓷/9110B有机硅树脂与压电陶瓷/618环氧树脂相比,其温度弯曲形变及频率常数、相对介电常数的温度变化率小,温度稳定性更高,是提高现行压电陶瓷/618环氧树脂压电复合材料高温耐受性的良好替代材料。

1-3型压电纤维复合材料的制备及性能研究

用粉末-溶胶混合物挤出法制备了直径为300μm和400μm的PZT压电纤维,研究了纤维的显微结构、密度和收缩率。采用排列-浇铸法制备了纤维体积分数为25%的1-3型压电纤维复合材料,计算了材料的介电常数、机电耦合系数和机械品质因数。结果表明:1-3型压电复合材料的Kp小于压电陶瓷片,Kt和Kt/Kp都大于陶瓷片;相同体积分数的压电纤维复合材料,直径为400μm的纤维制备的复合材料其εT,d33,Kt和Kt/Kp都大于直径为300μm的纤维制备的复合材料。

压挤成形——固化法制备0-3型压电复合材料的性能研究

详细地叙述了室温压挤成形———固化工艺制备 0 -3型压电复合材料工艺 ,使用XRD、SEM和HP42 94测试并分析了样品的结构和性能 ,并与压电陶瓷性能参数进行了对比 ;同时用这种工艺制备可以获得介电损耗小、机电耦合系数为 2 5 .11%、压电应变常数为 3 2PC N和机电品质因数可达到 3 0 2的 0— 3型压电复合材料。

1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷下的电学响应

采用切割-浇注法制备1-3型水泥基压电复合材料,并利用分离式霍普金森压杆测量装置(SHPB),对PZT5压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷作用下的力电响应进行实验研究与分析。研究表明:在冲击载荷作用下,PZT5压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的电位移与应力具有较好的动态响应;在相同荷载作用下,两者的电位移随应变率的增加而增加,且产生相同应变所对应的应力值也随着应变率的增加而增加,表现出"率相关"的材料特征。

压电相含量和聚合物性能参数对1-3型压电复合材料压电性能影响的有限元模拟

采用有限元软件模拟了压电相体积分数,聚合物弹性模量、泊松比对1-3型压电陶瓷复合材料压电性能的影响,并进行了试验验证。结果表明:压电相体积分数为30%~85%时,复合材料的机电耦合系数较高且变化不大;随聚合物弹性模量和泊松比增大,复合材料的串联谐振频率增大,机电耦合系数减小;建立的有限元模型对相对较硬聚合物填充复合材料的串联谐振频率和机电耦合系数的模拟较准确,相对误差均不超过5%,但不适用于相对较软聚合物填充复合材料机电耦合系数的模拟。

基于1-3-2型压电复合宽频带水声换能器研究

设计并制作了1-3-2型压电复合陶瓷材料,利用该型压电复合陶瓷材料具有低声阻抗,低机械品质因数(Q),高机电转换系数,电极制作工艺简单及结构稳定不易发生变形等特点,制作了水声换能器件,并进行了电声性能分析与测试。分析结果表明,基于1-3-2型压复合材料制作的水声换能器具有在工作频带内模态单一、高发射响应及宽频带等特点。

串联2-2复合材料的介电性和压电性

以ＰＺＴ为陶瓷相，以聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）为聚合物相，采用热压法制备了串联２－２型样品。测试了串联２－２型压电复合材料的介电、压电性能。实验结果表明，串联２－２型复合材料的压电应变系数ｄ３３及介电常数ε均较小；在低频，由于界面极化引起的夹层损耗，其介电损耗ｔｇδ则较大。