本发明专利技术公开了一种１－３型弧形或圆环压电复合材料，以弧形或圆形压电陶瓷为骨架，以聚合物为基体，以金属为电极，其中，一维的弧形压电陶瓷骨架平行排列于三维连通的聚合物中。本发明专利技术还提供了它们的制备方法，本方法通过切割－浇注制备复合材料，制作工艺简单，操作灵活性大，所得产品性能良好，成功率大，产品性能良好，解决了压电陶瓷圆环直径较大而切割机切割深度有限的矛盾，使制备过程受切割仪器的影响减小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于径向振动大功率应用的1-3型弧形压电复合材料或者1-3 型圆环压电复合材料及它们的制备方法，具体涉及一种1-3型弧形压电复合材料和采用切割-浇注工艺在压电陶瓷圆环基础上制备1-3型弧形压电复合材料的方法。
技术介绍
产生径向伸缩振动的压电陶瓷圆环是一种较常用的声学元件，具有结构简单、性能稳定、水平方向不呈指向性、接收灵敏度高、便于布阵、携带方便等特点，在水声、地质、石油勘探、海洋开发以及超声等方面都得到了广泛应用。近年来，圆环型压电智能结构受到了许多研究人员关注，径向振动大功率管形超声换能器具有辐射面积大、辐射效率高以及径向辐射均勻无指向性等特点，广泛应用在大容量工业超声清洗、超声波污水处理、生物柴油制备以及超声化学和超声药物成分萃取等液态介质处理领域。1-3型压电复合材料与纯的压电陶瓷相比具有非常大的优势，但是现今一般的 1-3型压电复合材料是在压电陶瓷块的基础上制得的，却没有相关的在带有弧度的压电陶瓷或者圆环形压电陶瓷的基础上制备压电复合材料的报道，理论上来说，压电复合材料相比于压电陶瓷圆环除了具有复合材料特有的优点外，其形状的可塑性及性能的稳定性更加拓展了环形复合材料的应用范围。然而由于压电陶瓷的曲面形状不易控制以及聚合物难以填充等困难，1-3型弧形或者圆环形压电复合材料的应用现今仍未见报道，因此研究探索一种制备1-3型环形压电复合材料的方法具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，提供了一种1-3型弧形压电复合材料及该复合材料的制备方法，本方法制作工艺简单，操作灵活性大，所得产品性能良好，还能根据需要弧形压电复合材料进行拼合，制成所需的弧形或者圆环形的压电复合材料，制作的压电复合材料尺寸可控制。本专利技术还提供了一种1-3型圆环压电复合材料及直接制备该复合材料的方法，此方法制备产品成功率大，所得产品性能良好，可以直接使用。本专利技术是采用以下措施实现的本专利技术对现有弧状压电陶瓷进行了改进，提供了两种带有弧度的压电复合材料，一种是1-3型弧形压电复合材料，一种是1-3型圆环压电复合材料。同时还提供了这两种压电复合材料的制备方法，该方法制备过程简单，解决了曲面形状不易控制以及聚合物难以填充的问题。—种1-3型弧形压电复合材料，其特征是以弧形压电陶瓷为骨架，以聚合物为基体，以金属为电极，其中，一维的弧形压电陶瓷骨架平行排列于三维连通的聚合物中。上述1-3型弧形压电复合材料中，所述聚合物为环氧树脂，所述电极为镍电极。上述1-3型弧形压电复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)取弧形压电陶瓷，首先沿其轴向进行第一次切割，得到一系列沟槽；(2)将切割后的弧形压电陶瓷清洗干净，然后填充聚合物，在室温下进行固化；(3)聚合物固化完好后，沿与第一次切割垂直的方向对试样进行第二次切割，得到一系列沟槽；(4)将切割后的试样清洗干净，然后填充聚合物，在室温下进行固化；(5)将固化好的试样进行打磨、抛光，使试样表面均露出压电陶瓷柱，然后在样品表面披覆电极，得1-3型弧形压电复合材料。上述方法中，所述电极覆在面积较大的、上下两弧形面上，如图1所示。根据上述方法，可以将不同弧度的压电复合材料，而且如果有需要，可将不同弧度的压电复合材料用聚合物进行拼接，得到所需弧度的压电复合材料，或者得到所需弧度的圆环压电复合材料。例如，在制备圆环压电复合材料时，可以将圆环压电陶瓷切割成两部分，每部分分别按照上述方法制成弧形(半圆环)压电复合材料，然后将制得的量压电复合材料用环氧树脂拼接，然后在拼接的复合材料表面披覆电极，即得圆环压电复合材料。本专利技术还提供了一种1-3型圆环压电复合材料，其特征是以圆环压电陶瓷为骨架，以聚合物为基体，以金属为电极，其中，一维的圆环压电陶瓷骨架平行排列于三维连通的聚合物中。上述1-3型圆环压电复合材料中，所述聚合物为环氧树脂，所述电极为镍电极。上述1-3型圆环压电复合材料除了采用多个弧形复合材料进行拼接外，还可以直接进行制备，其具体包括以下步骤(1)取圆环压电陶瓷，首先沿其轴向进行第一次切割，得到一系列沟槽；(2)将切割后的圆环压电陶瓷清洗干净，然后填充聚合物，在室温下进行固化；(3)聚合物固化完好后，将试样固定好，沿与第一次切割垂直的方向对试样进行第二次切割，将试样切割成一系列独立的圆环；(4)将各圆环固定好，保证它们之间位置不变，清洗后填充聚合物，在室温下进行固化；(5)将固化好的试样进行打磨、抛光，使样品表面均露出聚合物，然后在试样表面披覆电极，得1-3型圆环压电复合材料。上述制备方法中，所述电极覆在面积较大的、上下两弧形面上，如图2所示。上面公开了直接制备圆环压电复合材料的方法，但是该方法仅适用于压电陶瓷较小的情况下的样品的制备，如果压电陶瓷太大，切割时比较困难，因此还是将其切成多份制成弧形压电复合材料然后再将其拼接比较简单。本专利技术提供了两种带有弧度的压电复合材料，为圆环型压电智能结构领域提供了新的材料，另外，弧形压电复合材料可以对压电陶瓷圆环进行分部分、分步骤切割，解决了压电陶瓷圆环直径较大而切割机切割深度有限的矛盾，分部分切割后，各部分的制备成功率明显增大，并且可以切割更加细小的陶瓷柱，使制备过程受切割仪器的影响减小。切割后的复合材料可以根据需求进行拼接，得到所需弧度的压电复合材料，可控性大。对于小型的压电陶瓷圆环来说，可以直接进行切割-浇注制备复合材料，制备过程简单、无需拼接即可直接使用，产品性能良好。附图说明图1 1-3型弧形压电复合材料制备工艺流程图； 图2 1-3型圆环压电复合材料制备工艺流程图3压电陶瓷的阻抗-相位图； 图41-3型弧形压电复合材料的阻抗-相位图； 图5压电陶瓷的导纳图； 图6压电陶瓷的阻抗图； 图71-3型弧形压电复合材料的导纳图； 图81-3型弧形压电复合材料的阻抗图。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术进行进一步的阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本专利技术，并不对其内容进行限定。实施例1采用切割-浇注工艺制备1-3型弧形压电复合材料，其工艺流程图如图1所示。在此以半环形压电陶瓷作为弧形压电陶瓷进行举例。采用金刚石外圆下切割划片机沿着Φ51.00 mmX20. 00 mmX 1. 70mm的pzt_4压电陶瓷圆环(即圆环压电陶瓷)的直径将压电陶瓷切割为两个半圆环，以压电陶瓷半圆环为原料制备1-3型弧形压电复合材料，压电陶瓷的体积分数为50. 3wt%0其步骤如下1、采用金刚石外圆下切割划片机沿压电陶瓷半圆环的轴向切割陶瓷，陶瓷柱宽2mm， 留基底2mm，切出一系列沟槽；2、将步骤1切割好的材料放在超声波清洗机中清洗，浇注双酚A型环氧树脂并室温固 ^ 24 h ；3、将步骤2得到的材料沿与步骤1垂直的方向再次切割，陶瓷柱宽2mm，留基底2mm， 切出一系列沟槽；4、将步骤3切割好的材料放在超声波清洗机中清洗，浇注双酚A型环氧树脂并室温固 ^ 24 h ；5、切去基底，打磨抛光，即制成1-3型弧形压电复合材料，最后在复合材料表面镀镍电极，去边即制成弧形压电复合材料样品。测量所制复合材料与纯压电陶瓷的压电性能，压电复合材料的压电应变常数^3 为 240PCN—1，压电陶瓷的 /33 为 182 pCN—1。将所得的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种１－３型弧形压电复合材料，其特征是：以弧形压电陶瓷为骨架，以聚合物为基体，以金属为电极，其中，一维的弧形压电陶瓷骨架平行排列于三维连通的聚合物中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄世峰，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：88
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