1-3型压电复合材料的制备与物性的研究

型球形压电陶瓷复合材料换能器设计［LI X L，TENG C，ZHOU Y.Design of 1-3 Spherical Piezoelectric Ceramic Composite Tranducer［DOI：10. 16311/j. audioe. 2020. 08. 020型球形压电陶瓷复合材料换能器设计李晓雷，滕 超，周 瑜中国电子科技集团公司第三研究所，北京型球形压电陶瓷复合材料换能器。

采用切割型球形压电陶瓷复合材料制作球形换能器，波束角可达44°，可实现高频宽波束发射。

Design of 1-3 Spherical Piezoelectric Ceramic Composite TranducerLI Xiaolei, TENG Chao, ZHOU Yu(The 3th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Beijing 100015, China)A 1-3 spherical piezoelectric ceramic composite transducer was designed by using finite element software. 1-3 spherical piezoelectric ceramic composites were prepared by cutting-pouring-forming method and their properties were tested. The spherical transducer is made of 1-3 spherical piezoelectric ceramic composite material and measured by the test system. The results show that the biggest transmitting voltage response of the transducer can reach 156 dB, and the -3 dB beam angle can reach 44wide beam transmission in the working frequency range.1-3 spherical piezoelectric ceramic composite; transducer; wide beam压电复合材料是将压电陶瓷相和聚合物相按一定的体积或重量比例和一定的空间几何分布复合而成的。

100kHz～500kHz压电复合材料标准水听器何涛;徐卓华【摘要】本文介绍了一种我们制作的可应用于100kHz～500kHz频段的标准水听器,水听器敏感元件采用1-3型压电复合材料,通过对敏感元件及水听器结构进行合理设计,从工艺上保证水听器性能的稳定、可靠,制作完成的标准水听器满足高频标准的所有技术指标要求.测试结果表明,水听器的接收灵敏度大于-194dB,频段内灵敏度起伏为2.9dB,最高使用频率.3dB波束宽度大于20度;稳定性考核表明,水听器有良好的温度、时间稳定性,是一种比较理想的中高频标准水听器,适合于水声的校准和中高频声信号测试.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2010(029)004【总页数】4页(P302-305)【关键词】压电复合材料;标准水听器;高稳定性【作者】何涛;徐卓华【作者单位】杭州应用声学研究所,杭州,311400;杭州应用声学研究所,杭州,311400【正文语种】中文1 引言标准水听器是在水声校准中作为标准使用的水听器，它是水声声压量值传递的传递标准之一。

在国际和国家水听器标准中都对标准水听器的接收灵敏度、灵敏度响应、指向性等进行了严格的规定，特别是对水听器的时间、温度稳定性有很高的要求[1]。

在较低频率应用的标准水听器，基本都以压电陶瓷材料元件作为灵敏元件，元件的形态以球形和圆柱形为主。

在兆赫以上的高频段，一般使用PVDF压电薄膜作为敏感元件，接收灵敏度较低。

从国外一些研究资料来看[2]，100kHz～500kHz频段标准水听器制作较为困难。

采用球形和圆管形状，元件的尺寸很小，工艺实现困难。

而选用PVDF压电薄膜，由于灵敏度较低，在某些情况下无法满足使用需要。

压电复合材料是20世纪70年代发展起来的一种新型功能复合压电材料，具有强压电性、低脆性、低密度等优点[3,4]，经过多年的发展，其制作工艺已趋于成熟，为此频段标准水听器的研制提供了一种新的选择。

2 标准水听器的设计标准水听器的主要性能参数，如接收灵敏度、指向性、使用频率范围都是相互制约的，设计中需要权衡考虑。

1-3型压电复合材料温度稳定性研究摘要：采用聚醚砜(PES)和空心玻璃微珠(HGB)作为填料对环氧树脂进行改性，研究其对环氧聚合相力学和热学性能的影响，研究发现，PES和HGB填充量均为10%(质量分数)制备的环氧聚合相，剪切强度由39 MPa升高到52 MPa，热膨胀系数由8.8×10-5/K降低为5.8×10-5/K，材料力学和热学性能明显提高。

以PZT-4为压电相，采用切割填充法制备PES和HGB填充量均为10%(质量分数)的1-3型压电复合材料，采用阻抗分析仪测定温度对其谐振频率fs和机电耦合系数kt的影响，结果表明，1-3型压电复合材料的fs为885 kHz，kt为0.65，材料的fs和kt在温度1550 ℃范围内变化率≤1%，表现出良好的温度稳定性。

关键词：聚醚砜；玻璃微珠；高强度聚焦超声；1-3型压电复合材料；温度稳定性0 引言当前，高强度聚焦超声技术已应用于良、恶性肿瘤无创治疗[1]。

聚焦超声外科治疗技术这一“改变游戏规则的技术”、“革命性的治疗技术”正在推动临床外科进入无创时代[2-4]。

换能器作为高强度聚焦超声肿瘤治疗设备的核心部件起着非常重要的作用。

传统的换能器用压电陶瓷材料制作，存在换能器带宽不够，电声转换效率低的问题，需要对换能器材料更新换代。

1-3型压电复合材料是公认的新型压电材料，因其具有较低的声阻抗、较高的耦合系数、较低的机械品质因数等特性成为水听器，医学成像，无损检测等方面换能器的重要材料[5]。

但该材料在高强度聚焦超声换能器方面的应用报道还不多，主要原因是高强度聚焦超声换能器需要大功率的发射材料，与接受型的1-3型压电复合材料相比，更需解决材料的热稳定性问题。

1-3型压电复合材料是一维的陶瓷相与三维的环氧聚合相的复合，具体结构如图1所示。

压电相保持材料的压电效应，环氧相改善材料的振动模态，两相复合后，材料在机电耦合系数kt，机械品质因数Qm和阻抗Z均有很好的改善，因此，大功率的1-3压电复合材料是新一代高强度聚焦超声换能器的关键核心材料。

第28卷　第6期2006年6月武　汉　理　工　大　学　学　报JOURNA L OF WUHAN UNIVERSIT Y OF TECHN OLOG Y Vol.28　No.6　J un.2006123型压电复合材料的制备及性能研究徐玲芳,陈　文,周　静,李　君(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070)摘　要:　采用塑性聚合物方法制备了掺Nb 的PZT (PZT 25A )陶瓷纤维,且通过排列陶瓷纤维,灌注环氧树脂的方法制备了123型压电复合材料。

研究了陶瓷纤维的结构,分析了123型压电复合材料密度和剩余极化随纤维体积分数V c 的变化关系。

XRD 表明PZT 25A 陶瓷纤维为纯钙钛矿结构,SEM 显示纤维结构致密,直径为250μm 。

123型压电复合材料的密度和剩余极化随纤维体积分数V c 的变化呈近似线性关系。

V c 为85%时123压电复合材料的ε3、tan δ、k p 、k t 及Q m 分别为638、1.74%、0.31、0.61及3.27,与PZT 25A 陶瓷相比较,123型压电复合材料厚度方向振动增强,机械品质因素明显降低。

关键词:　123压电复合材料;　环氧树脂;　压电性能;　铁电性能中图分类号:　TB 332文献标志码:　A 文章编号:167124431(2006)0620001203Preparation and Properties of Fine Scale 123PiezoelectricCeramic/Polymer CompositesX U L i ng 2f ang ,CH EN Wen ,ZHO U Ji ng ,L I J un(School of Materials Science and Technology ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China )Abstract :　This paper reported the fabrication and properties of fine scale 123composites consisting of unidirectional ordered PZT 25A piezoelectric ceramic fibers with diameter of 250μm in a polymer matrix of epoxy resin E 244.SEM micrograph showed fine microstructures.And regular arrangement of fibers was observed.The composites with high ceramic volume fraction showed excellent ferroelectrics characteristics.As ceramic volume fraction was 85%,a high coupling coefficient (k t )of up to 0.61,a low mechanical quality factor (Q m )of 3.27and relative permittivity (ε3)of 638were detected.K ey w ords :　piezoelectric composites ;　epoxy resin ;　piezoelectricity ;　ferroelectricity收稿日期:2006202228.基金项目:国家自然科学基金(50402014).作者简介:徐玲芳(19772),女,博士.E 2mail :lindahbaa @123型压电复合材料具有优良的压电各向异性、高的机电耦合系数、大的压电常数且具有易与人体或水等轻负载及背衬匹配的声阻抗等特点,适合于医疗超声和无损检测换能器的要求[1]。

1-3型系列压电复合材料制备工艺及性能研究的开题报告一、选题背景及意义压电复合材料是一种具有压电性质和复合材料结构的功能材料。

在目前的科学研究和工业应用中，压电复合材料具有广泛的应用前景。

以压电驱动器、压电传感器及电声换能器等为代表的研究方向已引起了广泛研究兴趣。

目前有关压电复合材料的研究主要集中在压电陶瓷、聚合物和聚合物复合材料等方面。

然而，由于压电陶瓷存在易脆、重量大等问题，聚合物利用温度和湿度的变化易造成形变和损伤。

因此，采用压电陶瓷和聚合物合成的复合材料，结合优点，克服缺点，可以用于开发更具实用性和良好性能的压电复合材料。

本课题选用1-3型系列压电复合材料制备工艺及性能研究，以期设计出在结构安装、材料工艺等方面综合优化、可靠性更高、制备成本更低、特种功能更强的新形态压电复合材料，以满足工业应用需求。

二、研究内容和主要任务1. 以PZT陶瓷为压电相，选用树脂型复合材料为基质相，研究1-3型系列压电复合材料的制备工艺。

包括制备材料的搅拌工艺、压力、温度等制备参数的控制等。

2. 对1-3型系列压电复合材料的性能进行研究。

包括研究材料的压电性能、介电性能、热学性质、机械性能等。

3. 对制备出来的1-3型系列压电复合材料进行应用研究。

探究制备的复合材料在压电传感器、压电驱动器、电声换能器等方面的应用。

三、研究方法1. 采用化学溶胶-凝胶法，制备高纯度PZT粉体。

2. 设计出合理的复合材料配方，选用自主研发的树脂型复合材料为基质相，制备出1-3型系列压电复合材料。

3. 采用压电性能测试仪、介电性能测试仪、热重分析仪、拉伸试验机等设备，测试1-3型系列压电复合材料的性能。

4. 借助有限元模拟，探究1-3型系列压电复合材料的力学行为及其在应用研究中的效果。

四、预期结果及意义本课题将制备出1-3型系列压电复合材料，并对其压电性能、热学性能、机械性能等方面进行研究。

同时，在复合材料的应用研究中，将对压电传感器、压电驱动器、电声换能器等方面的应用进行研究。