0-3型PZT/PVDF壓電復(fù)合材料壓電性能研究

摘要：以PZT和PVDF為原料，采用熱壓和冷壓兩種工藝制備了0-3型壓電復(fù)合材料，其中PZT陶瓷粉末由sol-gel法

制得。研究了不同因素對(duì)復(fù)合材料壓電和介電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在相同成型壓力下，PZT體積含量為70%

時(shí)，熱壓和冷壓工藝制備的復(fù)合材料33d 分別為41和24，相差達(dá)到17，而ε相差最大值達(dá)到32.4。

關(guān)鍵詞：0-3型PZT/PVDF壓電復(fù)合材料；熱壓法；冷壓法

樹(shù)脂基壓電復(fù)合材料是一種多相材料, 由壓電陶瓷與樹(shù)脂基體復(fù)合形成的一種新型功能材料[1]。

這種材料具有兩相材料的優(yōu)點(diǎn): 良好的柔順性、 較高的壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)。壓電復(fù)合材料的密度和聲速遠(yuǎn)低于壓電陶瓷, 故其聲阻抗小, 易與空氣、水和生物組織實(shí)現(xiàn)聲阻抗的匹配，滿(mǎn)足水聲、電聲、超聲換能器等方面的要求[2～4]。國(guó)內(nèi)外許多材料工作者在0-3型復(fù)合材料的制備工藝[5]、 影響性能的因素[6]及理論研究[7]等方面做了許多工作。為提高復(fù)合材料的性能，本實(shí)驗(yàn)采用sol-gel法合成的超細(xì)納米PZT粉體作為功能相，為解決加工過(guò)程中的分散性問(wèn)題，采用溶液混合法制備出了混合相對(duì)均勻的0-3型PZT/PVDF復(fù)合材料，并 研究了PZT體積含量、制備工藝對(duì)復(fù)合材料電性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

自制的鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷粉末，相對(duì)介電常數(shù)ε為1

152，33d 為274 pC/N；聚偏二氟乙烯(PVDF)

粉末, 相對(duì)介電常數(shù)ε為12，33d 為1 pC/N。

1.2 儀器                         

ZJ-3系列型準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試儀，PZT-JH10/4型壓電高壓極化裝置，BJJK-TH型精密元件分析儀  1.3 復(fù)合材料的制備

將制備的PZT粉末與PVDF粉末混合，加入適量乙醇超聲震蕩，混合均勻。待乙醇烘干, 將混合粉料分為兩部分。一部分裝入模具中, 在200℃左右熱壓10 MPa成型, 自然冷卻至室溫, 然后取出樣品；另一部分裝入模具, 常溫10 MPa成型取出樣品，所得樣品直徑φ=13 mm , 厚度d =0.50～0.80 mm。

1.4 極化及電性能測(cè)試

將上述樣品表面拋光, 將樣品的上下表面鍍上免燒銀電極。極化電場(chǎng)為10 kV/mm， 極化時(shí)間一般選擇25 min，極化溫度一般為110℃。極化完畢后用精密元件分析儀測(cè)量樣品的電容，測(cè)量電壓為1V, 測(cè)量頻率為1kHz， 根據(jù)公式S h C 00ε=, 計(jì)算出相對(duì)介電常數(shù)ε；壓電應(yīng)變系數(shù)33d 采用ZJ-3型準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)量?jī)x測(cè)試, 測(cè)試頻率為50 Hz。