尼龍1111-鈦酸鋇壓電復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、壓電復(fù)合材料是由壓電陶瓷相與聚合物基體相通過(guò)一定方式復(fù)合，得到的一種具有兩相材料優(yōu)點(diǎn)的壓電功能材料。在壓電復(fù)合材料體系中，以壓電陶瓷顆粒作為功能相制得的0-3型壓電復(fù)合材料，具有成型工藝簡(jiǎn)單、成品形狀多樣的特點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于水聲換能器、阻尼材料等領(lǐng)域。
　　尼龍1111是一種新近研究發(fā)現(xiàn)具有壓電和鐵電性的長(zhǎng)碳鏈尼龍品種，其具有優(yōu)異物理機(jī)械性能和耐熱性。鈦酸鋇作為一種最早被發(fā)現(xiàn)，且工業(yè)化生產(chǎn)的無(wú)鉛壓電陶瓷，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。本

2、文通過(guò)溶液共混復(fù)合的方法制備出尼龍1111/鈦酸鋇壓電復(fù)合材料，并對(duì)其介電、壓電和鐵電性能進(jìn)行了詳細(xì)研究，取得了比較豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究成果，如下所示：
　?。?）利用DSC、XRD及SEM等手段對(duì)原料和復(fù)合材料進(jìn)行表征，鈦酸鋇XRD圖譜在2θ=45°處呈現(xiàn)出衍射雙峰，說(shuō)明鈦酸鋇處于四方相，具有壓電鐵電性，符合實(shí)驗(yàn)需求；復(fù)合材料微觀形貌分析，看到用KH550對(duì)鈦酸鋇顆粒表面改性，利于其在基體相中的分散且兩相界面模糊，復(fù)合材料內(nèi)部更

3、加致密。對(duì)復(fù)合材料熔融結(jié)晶行為研究發(fā)現(xiàn)，鈦酸鋇加入復(fù)合材料的熔點(diǎn)均為182℃變化不大，但是結(jié)晶溫度由158℃升高到162℃，同時(shí)大量鈦酸鋇加入降低了尼龍1111結(jié)晶完善程度。
　?。?）對(duì)復(fù)合材料介電性能研究發(fā)現(xiàn)，隨著鈦酸鋇體積含量增加，復(fù)合材料介電常數(shù)不斷增加，其增加趨勢(shì)大致符合 Bruggeman理論模型。介電損耗隨著頻率增大呈現(xiàn)出先降低的趨勢(shì)，在100Hz-10kHz頻率范圍內(nèi)，下降幅度較大。隨后隨著頻率變化，趨于穩(wěn)定。但是

4、當(dāng)頻率達(dá)到1MHz附近又出現(xiàn)了一個(gè)小的峰值。
　?。?）對(duì)極化條件進(jìn)行探索，確定了極化溫度50℃，極化場(chǎng)強(qiáng)10kV/mm，極化時(shí)間25min的極化工藝。在此極化條件下，復(fù)合材料極化程度較高，表現(xiàn)出壓電性能較好。
　　（4）研究了復(fù)合材料壓電性能，結(jié)果表明隨著鈦酸鋇體積含量增加，復(fù)合材料壓電常數(shù)d33也不斷增加，當(dāng)鈦酸鋇體積含量達(dá)到40％時(shí)，復(fù)合材料壓電常數(shù) d33達(dá)到5.2pC/N。與經(jīng)過(guò)拉伸處理純尼龍1111樣品最高壓電常

5、數(shù)（d33=3.9pC/N）相比提高33.3%。同時(shí)當(dāng)鈦酸鋇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%和40%時(shí)，復(fù)合材料壓電電壓常數(shù)達(dá)到52mV·m/N。
　　（5）對(duì)復(fù)合材料鐵電性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著脈沖周期，最大外加電場(chǎng)強(qiáng)度增加，材料的剩余極化強(qiáng)度和飽和極化強(qiáng)度都會(huì)升高。同時(shí)伴隨著鈦酸鋇含量增加，復(fù)合材料的矯頑電場(chǎng)、剩余極化強(qiáng)度和飽和極化強(qiáng)度均呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)。在脈沖周期為20ms，最大外加電場(chǎng)強(qiáng)度為200kV/cm的測(cè)試條件下，鈦酸鋇體積分?jǐn)?shù)40%