鋯鈦酸鉛壓電陶瓷纖維的制備與性能表征.pdf

1、壓電材料是指由于靜壓力變化或溫度改變而產(chǎn)生相應(yīng)感應(yīng)電荷變化的材料。這種材料能夠自適應(yīng)環(huán)境的變化實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的相互轉(zhuǎn)化，具有集傳感、執(zhí)行和控制于一體的特有屬性，是智能材料系統(tǒng)中的主導(dǎo)材料。近幾十年來，隨著壓電器件應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對其性能也提出了一些新的要求，其中1-3型壓電復(fù)合材料采用纖維形壓電相和有機(jī)材料復(fù)合，這不僅使材料具有良好的柔順性和機(jī)械加工性能，而且也使其具有各向異性的驅(qū)動(dòng)性能。因此在智能材料與結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應(yīng)用前

2、景。 壓電陶瓷纖維是1-3型壓電復(fù)合材料中最為重要的一個(gè)組成部分，其制備與性能研究也引起了越來越多的關(guān)注。目前，主要的壓電纖維制備方法是溶膠-凝膠法（sol-gel）、粘塑性加工工藝（VPP）、粘膠紡絲法（VSSP）。但是溶膠凝膠方法制備陶瓷纖維，雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但凝膠的低固含量通常導(dǎo)致陶瓷纖維的致密性差，這將會(huì)使纖維變得更脆而失去一些優(yōu)良的性質(zhì)；傳統(tǒng)擠壓法工藝較為簡單，但未經(jīng)熱處理的纖維中有機(jī)成分含量較高，在燒結(jié)過程中體積收

3、縮較大，有機(jī)物分解導(dǎo)致纖維的氣孔率高，得到的纖維往往強(qiáng)度低、密度??；VSSP工藝過程技術(shù)成熟，可制備出致密的陶瓷纖維，另外，纖維素來自自然界，儲(chǔ)量巨大，因此適用于工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文采用VSSP來制備壓電陶瓷纖維。 實(shí)驗(yàn)中，通過粒度測試、沉降試驗(yàn)、對懸浮液的Zeta電位和流變學(xué)參數(shù)的測試分析，制得具有高體積分?jǐn)?shù)和良好的流變學(xué)性質(zhì)的PZT懸浮液。其中，分散劑TAC以靜電穩(wěn)定機(jī)理影響PZT懸浮液的穩(wěn)定，在堿性條件p

4、H=10時(shí)，TAC的含量為1．5wt%時(shí)能獲得高分散性、高穩(wěn)定性、流動(dòng)性好的PZT水基懸浮液PZT的最大固含量為50vol-55vol%。 以超細(xì)PZT陶瓷粉為原料，采用VSSP工藝制備PZT壓電陶瓷纖維。分析了纖維生坯中有機(jī)物含量、燒結(jié)條件對纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究了燒結(jié)溫度對PZT陶瓷纖維的顯微結(jié)構(gòu)影響，揭示PZT陶瓷纖維的合適燒結(jié)溫度為1280℃，保溫2h。SEM分析結(jié)果表明：采用VSSP法制備的纖維大小均勻、結(jié)構(gòu)致密、