陶瓷体积分数对水泥基压电复合材料性能的影响

采用切割-填充法，以硫铝酸盐水泥为基体，铌镁锆钛酸铅（简称PMN）为压电功能体制备了1—3型硫铝酸盐水泥基压电复合材料。研究了压电陶瓷体积分数对1—3型水泥基压电复合材料的压电性能和介电性能的影响。结果表明：随着PMN体积分数增大，压电应变常数d33呈非线性增大，压电电压常数g33呈非线性减小。平面和厚度机电耦合系数Kp和Kt及介电常数εγ，随PMN体积分数的增大而增大，在低频段和高频段，其介电常数随频率的变化较平稳，表现出良好的介电频率稳定性。     

压电陶瓷机械品质因数Qm及其温度稳定性

综述了压电陶瓷材料机械品质因素Qm产生的本质与表征，探讨了影响Qm值大小与温度稳定性的因素，提出了调整Qm值大小及改善其温度稳定性的措施。     

压电复合材料电学参数仿真预测

利用有限元分析软件ANSYS,在成功预测压电陶瓷电学参数的基础上,对压电复合材料电学参数进行了仿真预测。本文以压电陶瓷PZT-5A与环氧数树脂组成的压电复合材料为例,预测了4种基本连通类型0—3、1—3、2—3、3—3型压电复合材料的压电应力常数、相对夹持介电常数,分析了各常数在压电相体积分数分别为10%、30%、50%、70%时的变化情况。并针对电学参数的预测方法及预测结果与G.Zhang,M.S.W u[5]进行了对比分析。     

锂和锰掺杂PMN-PMN-PZT陶瓷电性能的研究

采用传统陶瓷工艺制备了不同Li2CO3和MnO2掺杂的PMN-PMN-PZT四元系压电陶瓷.用XRD技术分析了陶瓷的相结构,研究了不同Li2CO3和MnO2添加量对陶瓷的机械品质因数Qm、机电耦合系数Kp、压电常数d33以及介电损耗tanδ的影响.结果表明,在840℃预烧、1 000℃烧结下,当Li2CO3质量分数为0.1%、MnO2质量分数为0.2%时,陶瓷具有优良的电性能.其主要性能参数为:Kp=0.58,Qm=1 702,d33=268pC/N,r=1.91Ω,tanδ=0.005 2,该材料可作为大功率压电变压器的候选材料.     

PZN含量变化对PZT-PZN-PMS压电陶瓷相结构及性能的影响

通过熔盐法成功地合成了四元系压电陶瓷材料0．9Pb0．95Sr0．05(Zr0.52Ti0.48)O3-xPb(Zn1／3 Nb2／3)O3-(0．1-x)Pb(Mn1／3 Sb2／3)O3(简称PZT—PZN—PMS)，用XRD技术分析了粉体和陶瓷的相结构，研究了不同Pb(Zn1/3Nb2／3)O3含量对该材料的机械品质因数Qm、机电耦合系数Kp、压电常数d33以及介电损耗tgδ影响．结果表明，随着PZN含量逐渐增加，Kp先增加后降低，d33逐渐增加，tgδ先减小后增加，而Qm却逐渐减小；当PZN摩尔含量为0．05时，陶瓷具有优良的压电性能．材料的主要性能参数为：Qm=1381，Kp=0．64，d33=369pC／N，tgδ=0．0044．该材料可作为大功率压电陶瓷变压器的候选材料。     

金属颗粒分散压电陶瓷复合材料的压电性能

金属颗粒分散压电陶瓷复合材料是一种新型的3-0型压电复合材料,其有效压电性能受金属相体积分数的影响.利用基于格林函数的有效介质理论,结合由于金属相的弥散导致压电陶瓷内电畴的取向分布变化,对金属相体积分数对复合材料有效压电性能的影响进行理论计算.结果表明,复合材料的有效压电性能随金属相体积分数的增加呈下降趋势,理论计算和文献报道的实测结果基本吻合,表明该方法能够预测压电陶瓷/金属复合材料体系显微结构与压电性能之间的关系.     

PZT/Surlyn 0-3复合材料的热机械与介电及压电性能

采用热工艺制备了压电PZT陶瓷与沙林离子键热聚合体树脂复合的0-3结构柔性压电材料.对其动态热机械分析表明:该复合材料软化温度在100℃附近;通过阻尼损耗因子随温度变化曲线的峰位置确定该材料的玻璃化温度约为50℃.通过对不同极化电场下的压电性能的研究,确定该复合材料的最佳极化电场条件为大于4.8 kV/mm;当PZT的体积分数(φ)小于0.5时,复合材料的相对介电常数和压电系数都随PZT体积分数的增大而缓慢增大,实验结果与Yamada模型预测较为一致.该0-3结构(1-φ)Surlyn/φPZT柔性压电材料在盲人触摸键盘、工业振动阻尼器件、柔性压电能量收集器件等领域具有很好的应用前景.     

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ｄ－３３的影响，结果表明，复合材料的压电系数ｄ－３３先随极化合场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ｄ－３３增加。     

0-3型PZT/PVDF压电复合材料压电性能研究

以PZT和PVDF为原料,采用热压和冷压两种工艺制备了0-3型压电复合材料,其中PZT陶瓷粉末由sol-gel法制得。研究了不同因素对复合材料压电和介电性能的影响。实验结果表明在相同成型压力下,PZT体积含量为70%时,热压和冷压工艺制备的复合材料d33分别为41和24,相差达到17,而ε相差最大值达到32.4。     

锰、钴掺杂PBSZT压电陶瓷性能的研究

为制备大功率低损耗压电陶瓷材料,对铅基压电陶瓷材料Pb0.9Ba0.05Sr0.05(Sn1/3Nb2/3)0.06(Zn1/3Nb2/3)0.06Ti0.44Zr0.44O3 0.5wt%Sb2O3(质量分数,下同)进行掺杂改性研究,结果表明钴最好的掺杂量为0.3wt%~1.0wt%,此时陶瓷可得到较好的综合性能。0.5wt%锰掺杂可得性能为介电损耗tanδ=0.47%、机械品质因素Qm=2065、机电耦合系数Kp=0.515、压电常数d33=322、介电常数εr=1470。在适量的钴和锰同时掺杂时可得到更低的介电损耗(0.45%)和较好的压电性能,表明同时掺杂可最优地降低介电损耗。     

不同形状颗粒弥散复合材料的等效导热系数

根据最小热阻力法和比等效导热系数法对不同形状颗粒弥散复合材料的等效导热系数进行预测。采用以颗粒在传热方向上的特征长度为边长的立方体体积与实际颗粒体积之比作为形状因子,对不同颗粒形状等效为立方体时的无量纲相对特征长度进行修正,基于形状因子进一步推导了适用于不同形状颗粒弥散复合材料在中低体积分数情况的等效导热系数通用计算公式。此通用计算公式与实验值及其它模型计算值吻合较好,对于导热增强型复合材料,体积分数一定时,其等效导热系数与颗粒形状因子呈正比,增加颗粒在传热方向上的尺寸能有效提高复合材料的导热性能。     

压电陶瓷/硫铝酸钡钙矿物复合材料的压电性能

采用压制成型法，以硫铝酸钡钙水泥矿物为基体制备了0—3型压电复合材料。分析讨论了铌锂锆钛酸铅（PLN）质量含量对压电复合材料压电性能的影响。结果表明，在极化工艺参数为：极化电场强度为5kV／mm；极化时间为20min；极化温度为80℃的条件下，以硫铝酸钡钙水泥矿物作为基体的压电复合材料的相对介电常数εγ，和压电应变常数d33随着PLN质量含量的增加非线性增长，其值接近立方体模型理论值，随着PLN质量含量的增加，平面和厚度伸缩机电耦合系数Kp、Kt增大。     

高压电性能和介电性能0-3型PZT/PVDF压电复合陶瓷的制备

实验采用固相法合成性能良好的PbZr_(0.52)T_(0.48)O_3(PZT)陶瓷粉末,通过常压和热压工艺制备0-3型PZT/PVDF(偏聚氟乙烯)压电复合材料,研究了常压和热压工艺、PVDF所占体积分数和极化条件(时间、电场强度)等因素对复合陶瓷压电和介电性能的影响。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、阻抗分析仪等表征样品的显微结构和电性能。结果表明:最佳极化条件为极化时间30 min,极化强度7 k V/mm,采用热压工艺制备的复合陶瓷性能更佳;当PVDF体积分数为10%时,PZT/PVDF压电复合材料的性能最佳,其介电损耗低至1.7%,相对介电常数为191,压电常数为42 p C/N。     

不同柱高对1-3-2型压电复合材料性能的影响

以环氧树脂和铌镁锆钛酸铅(PMN)为原料,采用切割-浇注法制备1-3-2型环氧树脂基压电复合材料。分析讨论陶瓷柱的高度对1-3-2型压电复合材料压电性能、机电性能的影响。结果表明:随着1-3-2型环氧树脂基压电复合材料的柱高的增加,复合材料的压电应变常数d33和压电电压常数g33均增大;随着柱高的不断增加,复合材料的厚度模对应的频带不断变窄;厚度机电耦合系数呈现增大的趋势。     

锰掺杂BNT-BaTiO3陶瓷微结构和电性能的研究

研究了(Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3压电陶瓷在准同型相界附近锰离子掺杂对材料微观结构、压电和介电性能的影响.采用XRD和SEM等方法对材料的相结构和晶粒生长情况进行了研究.结果表明:掺锰有促进烧结的作用并能使晶格发生畸变,使相结构中的四方相向三方相转变;当掺杂量质量分数为0.3%时,可以获得较好的综合性能,压电常数d33=124 pC/N,径向机电耦合系数kp=31%,介电常数3Tε3/0ε=615,介电损耗tanδ=0.014,机械品质因数Qm=267,频率常数Np=3 050 Hz.m.     

锆钛比变化对PZT-PZN-PMS压电陶瓷相结构及电学性能的影响

通过传统固相法合成了四元系压电陶瓷材料Pb0.95Sr0.05(Zr1-xTix)O3-Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(简称PZT-PMS-PZN),用XRD技术分析了陶瓷的相结构,研究了不同Zr/Ti比对该材料的机械品质因数Qm、机电耦合系数KP、压电常数d33、介电常数rε以及介电损耗tanδ的影响.结果表明,当0.46≤x≤0.50时,材料四方与菱方两相共存,即为材料的准同型相界.当x=0.48且烧结温度为1150℃时,陶瓷具有优良的综合电学性能.其主要性能参数为:εr=1 761,tanδ=0.002 8,Qm=1300,d33=351pC/N,Kp=0.58.该材料可作为大功率压电陶瓷变压器的候选材料.     

K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-LiSbO_3-BiMnO_3无铅压电陶瓷的常压烧结与压电性能

采用传统的无压固相烧结法工艺制备微量掺杂0.2%(摩尔分数)BiMnO3(BM)的0.95K0.5Na0.5NbO3(KNN)-0.05 LiSbO3(LS)陶瓷,并研究烧结保温时间对陶瓷的结构与压电、介电性能的影响规律。研究结果表明,随烧结保温时间的延长,陶瓷的压电常数d33和机电耦合系数kp先显著升高,当保温时间为7 h时,趋于稳定,介电常数εr也随保温时间的延长而升高;机械品质因数Qm和介电损耗tanδ则一直降低。在1 100℃保温烧结9 h时,陶瓷具有最好的电性能:压电常数d33=228 pC/N,机电耦合系数kp=43%,机械品质因数Qm=55,介电损耗tanδ=0.017 8;随保温时间的延长,陶瓷的相转变温度θo-t有所降低,居里温度θc则明显升高。所有陶瓷样品在35～200℃内的介电损耗tanδ均有小于0.02。     

管道检测用圆弧形复合超声波振子设计

针对自主研发的球形管道检测器的定位需求,采用圆弧形压电陶瓷与检测器金属球壳本体相结合的方式,设计了一种圆弧形复合超声波振子.基于压电方程,采用直接耦合分析方法将机械参数和压电参数统一到同一个分析式中,对圆弧形压电陶瓷与金属球形壳体的耦合振动特性和机电能量转化效率进行理论分析.在此基础上,通过基于有限元的数值仿真方法对其进行模态分析和谐响应分析.经过分析可知:所设计的圆弧形复合超声波振子有两个明显谐振频率点,分别为52.1 kHz和76.2 kHz,而在76.2 kHz下的机械品质因素和有效机电耦合系数等性能指标均优于52.1 kHz,且主要振型为径向振动为主的有弯曲振动.经过对实际研制的圆弧形复合压电振子进行阻抗分析可见,实际主谐振频率为72 kHz,在不同工作频率下实际测量的驱动波形结果与仿真分析趋势一致.     

基于FLUENT喷粉机械喷管气固两相流模拟

本文用流体力学软件Fluent中的Mixture多相流模型对喷粉机械出口喷管气固两相流进行了数值模拟,对比出口形状为直线型、外凸圆弧型、内凹圆弧型3种喷管结构对出口气流速度及固相颗粒体积分数分布的影响,确定出直线型喷管喷粉效果最佳。     

用1—3压电复合材料设计低旁瓣水声换能器

报道采用1—3压电复合材料设计低旁瓣换能器的方法，可使单个换能器获得低于-25dB的旁瓣级从而显著优化波束。该方法以1—3压电复合材料为换能材料，在设计过程中通过控制换能器的辐射面的形状来对换能器实现窗函数加权，达到控制波束的目的。本文举例阐述设计方法，所提供的实验数据证明了本方法的工程可行性，并与国外同类典型产品进行性能比较。