0-3型PZT/PVDF压电复合材料压电性能研究

摘要：以PZT和PVDF为原料，采用热压和冷压两种工艺制备了0-3型压电复合材料，其中PZT陶瓷粉末由sol-gel法

制得。研究了不同因素对复合材料压电和介电性能的影响。实验结果表明在相同成型压力下，PZT体积含量为70%

时，热压和冷压工艺制备的复合材料33d 分别为41和24，相差达到17，而ε相差最大值达到32.4。

关键词：0-3型PZT/PVDF压电复合材料；热压法；冷压法

树脂基压电复合材料是一种多相材料, 由压电陶瓷与树脂基体复合形成的一种新型功能材料[1]。

这种材料具有两相材料的优点: 良好的柔顺性、 较高的压电常数和机电耦合系数。压电复合材料的密度和声速远低于压电陶瓷, 故其声阻抗小, 易与空气、水和生物组织实现声阻抗的匹配，满足水声、电声、超声换能器等方面的要求[2～4]。国内外许多材料工作者在0-3型复合材料的制备工艺[5]、 影响性能的因素[6]及理论研究[7]等方面做了许多工作。为提高复合材料的性能，本实验采用sol-gel法合成的超细纳米PZT粉体作为功能相，为解决加工过程中的分散性问题，采用溶液混合法制备出了混合相对均匀的0-3型PZT/PVDF复合材料，并 研究了PZT体积含量、制备工艺对复合材料电性能的影响。

1 实验过程

1.1 实验原料

自制的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷粉末，相对介电常数ε为1

152，33d 为274 pC/N；聚偏二氟乙烯(PVDF)

粉末, 相对介电常数ε为12，33d 为1 pC/N。

1.2 仪器                         

ZJ-3系列型准静态测试仪，PZT-JH10/4型压电高压极化装置，BJJK-TH型精密元件分析仪  1.3 复合材料的制备

将制备的PZT粉末与PVDF粉末混合，加入适量乙醇超声震荡，混合均匀。待乙醇烘干, 将混合粉料分为两部分。一部分装入模具中, 在200℃左右热压10 MPa成型, 自然冷却至室温, 然后取出样品；另一部分装入模具, 常温10 MPa成型取出样品，所得样品直径φ=13 mm , 厚度d =0.50～0.80 mm。

1.4 极化及电性能测试

将上述样品表面抛光, 将样品的上下表面镀上免烧银电极。极化电场为10 kV/mm， 极化时间一般选择25 min，极化温度一般为110℃。极化完毕后用精密元件分析仪测量样品的电容，测量电压为1V, 测量频率为1kHz， 根据公式S h C 00ε=, 计算出相对介电常数ε；压电应变系数33d 采用ZJ-3型准静态测量仪测试, 测试频率为50 Hz。