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1-3型PZT陶瓷/IPN压电复合阻尼材料制备及电性能研究

2020-11-29阅读(561)

1-3型PZT陶瓷/IPN压电复合阻尼材料制备及电性能研究

论文摘要

以锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷为压电相、互穿聚合物网络（IPN）为基体相,确定了1-3型PZT陶瓷/IPN压电复合材料的制备工艺,采用动态热机械分析仪研究其阻尼性能。并在此基础上讨论体系压电相形状参数和周期性排列间隔对体系电性能的影响。采用溶胶-凝胶法制备了PZT溶胶和PZT陶瓷。将PZT前驱体溶胶蒸馏浓缩成凝胶后,通过热重-差热和XRD,分析了热处理过程中PZT的晶型转变过程和晶粒大小的变化,确定烧结工艺,得到PZT陶瓷粉体,将PZT粉体制成不同尺寸的陶瓷柱。采用扫描电镜对陶瓷粉体和PZT陶瓷的形貌进行了表征。以PU、VER为原料采用同步互穿法制备互穿聚合物网络（IPN）,并以其为基体相,以PZT陶瓷为复合相,采用排列浇注法制备了1-3型PZT陶瓷/IPN压电复合材料,确定了制备工艺。并用扫描电镜观察和XPS检测考察了1-3型PZT陶瓷/IPN复合材料连接情况。研究了复合材料中陶瓷相的排布方式和柱形状参数和压电、介电性能之间的相关性。研究结果表明:随着陶瓷尺寸的增加,1-3型压电复合材料的介电常数εr和介电损耗tanδ均增大,而随着排列间隔的增大,复合材料的介电常数εr和介电损耗tanδ均逐渐减小。随排列间隔的增大,1-3型压电复合材料的压电应变常数d33减小。另外,发现压电相（PZT陶瓷柱）尺寸增加,1-3型压电复合材料的压电性能也随之提高。采用电晕极化方法对复合材料进行极化,确定为复合材料的极化参数:极化电场8kv/mm、极化温度100℃、极化时间45min。对复合材料的压电、介电性能的影响。研究表明:极化后材料的介电常数以及介电损耗均增强,压电常数d33也变大。用动态热机械分析法（DMA）研究了复合材料的阻尼性能,并与纯IPN材料进行比较,发现复合材料由于陶瓷相的存在和1-3型连通方式,体系阻尼性能有所提高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 课题来源
  • 1.3 互穿聚合物网络阻尼材料
  • 1.3.1 互穿聚合物网络阻尼原理
  • 1.3.2 互穿聚合物网络阻尼材料的研究现状
  • 1.4 压电阻尼材料研究现状
  • 1.4.1 压电阻尼原理
  • 1.4.2 压电阻尼材料的研究现状
  • 1.5 1-3 型压电复合阻尼材料
  • 1.5.1 1-3 型压电复合材料的性能研究现状
  • 1.5.2 1-3 型压电复合材料成型工艺及方法的研究现状
  • 1.6 主要研究内容
  • 第2章 实验材料和实验方法
  • 2.1 实验药品与仪器
  • 2.1.1 实验所需药品
  • 2.1.2 实验所需仪器及设备
  • 2.2 实验方法
  • 2.3 测试表征方法
  • 2.3.1 形貌观测
  • 2.3.2 X 射线光电子能谱检测
  • 2.3.3 介电性能测试
  • 2.3.4 压电性能测试
  • 2.3.5 阻尼性能测试
  • 第3章 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的制备与表征
  • 3.1 前言
  • 3.2 PZT 陶瓷的制备
  • 3.2.1 PZT 溶胶的制备
  • 3.2.2 PZT 陶瓷粉体热处理程序的确定
  • 3.2.3 陶瓷片成型
  • 3.2.4 陶瓷片烧结工艺
  • 3.2.5 陶瓷切割成型工艺
  • 3.3 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的制备
  • 3.3.1 IPN 基体相的制备
  • 3.3.2 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的制备
  • 3.4 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的微观结构
  • 3.4.1 PZT 粉体的形貌观测
  • 3.4.2 PZT 陶瓷柱的形貌观测
  • 3.4.3 复合材料的表面形貌
  • 3.5 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的界面分析
  • 3.5.1 复合材料的界面检测
  • 3.5.2 IPN 体系的XPS 分析
  • 3.5.3 PZT 陶瓷/IPN 体系中IPN 的XPS
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的电性能和阻尼性能
  • 4.1 前言
  • 4.2 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的极化
  • 4.2.1 压电材料极化原理
  • 4.2.2 电晕极化
  • 4.2.3 极化条件的确定
  • 4.3 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的介电性能
  • 4.3.1 频率对复合材料介电性能的影响
  • 4.3.2 温度对复合材料介电性能的影响
  • 4.3.3 空间尺寸对压电复合材料介电性能的影响
  • 4.3.4 极化对复合材料介电性能的影响
  • 4.4 PZT 陶瓷/IPN 复合材料的压电性能
  • 4.4.1 PZT 形状参数对复合材料压电性能的影响
  • 4.4.2 PZT 排列间隔对复合阻尼材料的压电性能的影响
  • 4.5 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的阻尼性能
  • 4.5.1 PZT 陶瓷/IPN 压电复合材料的阻尼性能
  • 4.5.2 压电复合材料阻尼性能分析
  • 4.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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