1-3型系列压电复合材料制备工艺及性能研究

摘要

1-3型压电复合材料具有低密度、特性阻抗易与水和生物组织匹配、宽带和高灵敏度等特性，是目前研究和应用较为广泛的一种压电材料。而改进的1-3-2型压电复合材料是由压电陶瓷基板和1-3型压电复合材料串联构成，不仅简化了复合材料的制作工艺，而且还保留了1-3型压电复合材料的优越性能。 本文探索了1-3型系列压电复合材料制备工艺流程，研究了压电复合材料中压电相材料和聚合物相材料的选用方案，以及压电陶瓷骨架的制作、浇注和固化工艺、压电复合材料电极的制备等关键技术。确定复合材料的制备工艺流程及典型工艺条件。简述薄膜制备的技术进展，对目前广泛应用的磁控溅射法的原理及特点进行了研究，介绍了薄膜性能测试方法，探索并确立利用磁控溅射法制备复合材料表面电极的工艺流程，并通过实验对所制备的金属薄膜的电极性能进行了测试分析。依据现行的压电陶瓷性能参数的测试方法，将其推广应用到压电复合材料，研究确定复合材料各项常温性能的测试方法，探索复合材料压力和温度稳定性测试技术，建立相应的测试系统。复合材料的温度和压力稳定性是设计换能器的重要参数，本文通过实验研究了1-3和1-3-2型压电复合材料的压力和温度稳定性，采用垂向加压和改变环境温度对材料样品的相对介电常数，谐振频率和损耗的变化进行了分析．

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1概述

1.2压电复合材料的发展现状

1.2.1连通性

1.2.2压电复合材料的研究状况

1.31-3型压电复合材料概况

1.3.1-3型压电复合材料的几种制备方法

1.3.2改进的1-3型压电复合材料

1.3.31-3型压电复合材料的理论模型

1.4论文的研究内容和任务

第二章 1-3型系列压电复合材料的制备工艺

2.1压电复合材料的制备工艺

2.1.1 1-3型压电复合材料的制备工艺

2.1.21-3-2型压电复合材料的制备工艺

2.21-3型压电复合材料的功能相材料

2.2.1含铅压电相

2.2.2无铅压电相

2.2.3有机聚合物相材料

2.3影响1-3型压电复合材料性能的两个重要参数

2.3.1 PZT相体积百分比V的影响

2.3.2 PZT柱形状参数w／t的影响

2.4复合材料结构参数的设计

2.4.1确定复合材料中压电相所占比例

2.4.2确定复合材料的结构参数

2.5压电材料的切割

2.6环氧树脂的配制、浇注和固化

2.6.1环氧树脂的配制

2.6.2压电立柱骨架的清洗

2.6.3浇注、固化和毛坯的整形

2.6.4复合材料电极制备

2.7本章小结

第三章复合材料电极薄膜的制备

3.1薄膜的制备技术进展

3.1.1溶胶-凝胶法(Sol-gel)

3.1.2化学气相沉积法(CVD)

3.1.3真空蒸发法(Evaporation)

3.1.4离子镀法(lon plating)

3.1.5溅射法(Sputtering)

3.2磁控溅射法原理及特点

3.2.1溅射原理

3.2.2辉光放电

3.2.3溅射率

3.2.4溅射原子的状态

3.3薄膜性能测试方法

3.3.1电阻率和膜厚

3.3.2薄膜一基体界面结合强度(附着力)

3.4磁控溅射法制备压电复合材料的电极薄膜

3.4.1衬底(基体)的表面处理

3.4.2电极薄膜制备工艺流程

3.5电极性能测试

3.5.1两种材料的沉积速率

3.5.2电极导电性能分析

3.5.3附着力测量

3.6本章小结

第四章 复合材料性能参数的测试方法研究

4.1复合材料密度的测量

4.2复合材料阻抗特性分析

4.3复合材料的声速、特性阻抗及频率常数的计算

4.4机电耦合系数的测量

4.5压电性能参数测试方法

4.5.1纵向压电应变常数d33

4.5.2横向压电应变常数d31

4.5.3静水压压电应变常数dh

4.6复合材料的压力稳定性测试

4.6.1等静压测试

4.6.2定向压力测试

4.7复合材料介电常数的测量

4.8本章小结

第五章压电复合材料的压力和温度稳定性研究

5.1 PZT/EPOXY压电复合材料结构

5.1.11-3型压电复合材料结构

5.1.21-3-2型压电复合材料结构

5.2 PZT/EPOXY压电复合材料的制备

5.3复合材料压力稳定性试验

5.3.1压力稳定性测试方法

5.3.2试验结果

5.4复合材料温度稳定性试验

5.4.1温度稳定性测试方法

5.4.2试验结果

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果