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水泥基压电复合材料的性能及其应用研究

胡雅莉  
【摘要】: 本论文采用压制成型法和切割-填充法分别制备了0-3型、1-3型水泥基压电复合材料,然后进行了压电性能、介电性能以及铁电性能的测试,并初步进行了水泥基压电复合材料的应用研究。 研究了成型压力对0-3型水泥基压电复合材料压电及介电性能的影响,结果表明,随着成型压力的增大,其压电应变常数d_(33)和介电常数ε_r均增大,而机电耦合性能则变化较小。在40-100kHz频率范围内,成型压力越大,压电复合材料的εr随频率的升高而下降的程度就越显著,低频和高频时的ε_r之差也就越大。 研究了五种不同水泥基体及三种不同陶瓷功能体对0-3型水泥基压电复合材料压电、介电、铁电性能的影响。结果表明,以普通硅酸盐水泥为基体,以PLN为压电陶瓷功能体的压电复合材料其d_(33)、εr以及机电耦合系数K_P、K_t较高。介温曲线在-40℃~20℃范围内变化很小,表现出良好的温度稳定性。在-40℃~100℃范围内介电损耗随温度升高而升高,在100℃~150℃范围内,介电损耗随温度的变化不大。在-40℃~60℃之间,电阻率随温度的升高而急剧下降,在60℃~150℃之间随温度的升高电阻率变化较小。 采用切割-填充法,以硫铝酸盐水泥为基体,铌镁锆钛酸铅为压电陶瓷功能体制备了1-3型水泥基压电复合材料。研究环境湿度对1-3型水泥基压电复合材料性能的影响。结果表明,当相对湿度低于85%时,压电常数及εr随湿度的变化不大;当高于85%时,压电电压常数g_(33)急剧降低,ε_r则急剧增大。当相对湿度在50%~100%范围内,K_p和K_t保持不变,表现出良好的稳定性。 针对水泥基压电复合材料的特点,设计了压电信号测量放大器和计算机数据采集系统,开展了初步应用研究。结果表明,0-3型和1-3型两种水泥基压电复合材料均具有良好的力电效应,即随着压力的增大或减小,两种水泥基压电复合材料所产生的电压均呈线性增大或线性减小,应力与所产生电压之间呈现明显的一一对应关系,并且1-3型水泥基压电复合材料的力电效应明显优于0-3型水泥基压电复合材料的力电效应。


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