文档介绍：复合智能陶瓷 (压电陶瓷)
复合智能陶瓷是将压电陶瓷相和聚合物相按一定连通方式、一定体积或重量比例和一定的空间几何分布复合而成的复合材料。
一定连通方式
复合智能陶瓷可以成倍地提高材料的某些电性能,并可以具有单一压电陶瓷没有的传感、驱动等优良性能。
压电复合材料在很多领域有着广泛的应用。其中包括作为传感器、驱动器、换能器的主体材料,是未来智能材料中的新型驱动件,很有发展前景。
压电复合材料的连通性:是指每相材料在空间分布上的自我连通方式, 它决定着压电复合材料中的电场通路和应用分布形式
按照这种连通性的设计思路, 目前国际上已发展了多种结构的压电复合材料, 如图1 所示。下面仅对部分复合材料的结构、制备方法及性能加以分述。
1—3 型压电复合材料
1—3型压电复合材料是由一维的压电陶瓷柱平行地排列于三维连通的聚合物中而构成的两相压电复合材料。
在1—3型压电复合材料中, 由于聚合物 相的柔顺性远比压电陶瓷相的好, 因此 当1—3型压电复合材料受到外力作用时, 作用于聚合物相的应力将传递给压电陶 瓷相, 造成压电陶瓷相的应力放大(静 水压电应变系数dn );同时由于聚合物 相的介电常数极低, 使整个压电复合材 料的介电常数大幅下降(ε)。这两个 因素综合作用的结果使压电复合材料的 压电电压系数g(g= dn / ε) 得到了 较大幅度的提高,同时由于聚合物的加入使压电复合材料的柔顺性也得到了显著改善, 从而使材料的综合性能得到了很大的提高。
0—3 型压电复合材料
0—3 型压电复合材料是最简单的形式,它是由不连续的陶瓷颗粒分散于三维连通的聚合物基体中形成的。
0—3型压电复合材料柔性好、 易于加工成各种形状, 但其较 难极化, 且其性能易受各种工 艺的影响。
3—3 型压电复合材料
3—3型压电复合材料是指聚合物相和压电相在三维空间内相互交织、相互包络而形成的一种空间网络复合结构。一般聚合物相采用环氧树脂或硅橡胶。
一般3—3型压电复合材料采用有机物烧去法工艺制备, 其步聚是:将塑料球粒与压电陶瓷粉末在有机粘结剂中均匀混合, 烧结后形成多孔陶瓷框架网络;然后再填充聚合物, 经固化、磨平、上电极后即形成3—3型压电复合材料。
智能陶瓷的发展前景
智能材料的研究和开发是信息科学和材料科学的交叉,且融合了生命科学而发展起来的新兴科学。21世纪智能材料将得到更进一步的发展。
陶瓷智能材料与金属智能材料和高分子智能材料相互配合,将复合出性能更加优良的智能材料。目前,智能陶瓷在航空航天、土木工程、船舶、汽车、医学等行业具有很大的发展前景。
智能材料的发展首先和社会效应相关,如飞机失事和重要建筑结构的损坏,激励着具有自预警、自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研究。说明以材料本身的智能性开发来满足人们对材料、系统和结构的期望,使飞机和材料结构能“刚”“柔”结合,以自适应环境的变化。
为此,要着重研究如何将软件功能引入材料、系统和结构中,这就有赖与智能材料科学的发展,涉及智能材料探索性理论研究、应用基础研究和先驱开发研究。
1. 在航天器方面的应用
在航空航天飞行器方面的重点研究内容之一是智能表层。智能表层的功能之一是能够自动检测周围环境的变化,并自动适应环境;另一功能是适合于当前电子战,即具有识别、人为干扰、屏蔽通讯和电子保障系统。
对于材料内部的缺陷和损伤,智能表层能够进行自诊断、自修复、自适应,还能抑制噪声和振动,对于航天飞行器座舱能够自动通风和冷却。