制作壓電 陶瓷 萊斯利 J. Bowen和肯尼思 W.法國 ,材料 Systems公司 53 Hillcrest路 ,康科德 ,碩士 01742 摘要 在材料研究實驗室 ,賓州州立大學研究已經(jīng)證明改進水聽器表現(xiàn)的潛力使用壓電的制陶藝術(shù)/聚合物合成物 . 為這些合成物 ,材料系統(tǒng)有成本效益的制造業(yè)技術(shù)正追求一制陶藝術(shù)的制造接近注射模塑 . 本文簡要概述主要特征的陶瓷注塑成型工藝 , 接著介紹的方式和方法可以被用來制造壓電陶瓷 /聚合物復合材料 . 性能和應用注塑壓電陶瓷與常規(guī)加工材料 . 簡介 壓電的制陶藝術(shù) /聚合物合成物給予關(guān)于 單相 陶瓷 和聚合物階段制陶藝術(shù)壓電的材料在 遙感 和 實際應用 兩方面設計多技能和表現(xiàn)優(yōu)勢 。 這些合成物已經(jīng)在以及發(fā)展的海軍應用高分辨醫(yī)學超聲中找出使用 . 在過去13年 對 許多實驗室進行 了 已建成組合配置和評價 . 全球最成功的組合 ,指定 1-3復合岡維爾的五線譜 l 有一個連 在尺寸上 陶瓷相 (壓電纖維 )控制在一個三維連通有機高分子階段 . 水聽器人物優(yōu)異這種復合材料可取得超過一萬倍以上的固體壓電陶瓷 由適當選擇的階段性特征和復合結(jié)構(gòu) 在賓夕法尼亞州立復合材料 l進行手工調(diào)擠壓壓電陶瓷棒在跳汰及封裝 環(huán)氧樹脂 ,然后切片到適當?shù)暮穸?和極化的陶瓷 . 除了展現(xiàn)優(yōu)越的技術(shù)性能 ,這種材料 , 在賓夕法尼亞州工作的突出困難 ,編造 1-3復合材料的大規(guī)模 甚至為原型的目的 . 這些措施包括 : 1） 把許多的許多 PZT纖維排成一排在包裝期間經(jīng)過聚合物和支撐要求 . 2） 2)在滑行期間電介質(zhì)故障 ,起源于遭遇在一典型大 陣列 .中一根或更多有缺陷纖維的重要可能性的高發(fā)生 . 過去五年已做了一些嘗試 ,以簡化裝配過程 1-3 傳感器與 有意提高制造業(yè)的可行性 ,并降低材料成本 . 早期從事固體切丁塊壓電陶瓷成為理想的配置和回填土的空間內(nèi)的一種高分子 相 . 這項技術(shù)已廣泛接受了超聲醫(yī)學業(yè)生 產(chǎn)高頻傳感器 2. 最近 , 纖維材料股份有限公司已證明適用其織造工藝纖維復合材料向大會壓電陶瓷復合材料 3. 另勘探技術(shù)涉及復制的多孔面料有適當?shù)倪B通 4. 為極其好刻度合成物 ,纖維 ,大約 25到 100 pn和超過五一個尺寸與另一個尺寸之比有直徑需要來遭遇裝置表現(xiàn)目標 . 因此 ,這些困難被附加挑戰(zhàn)用形成沒有缺點和處理在大數(shù)量中極其好纖維構(gòu)成了 . 最近 ,研究人員在西門子公司已表明很細尺度復合材料可以產(chǎn)生一個逃犯模具技術(shù) . 但是 ,這種方法需要制作一個新的模具 ,每部分 5. 本文描述了一種新方法 ,壓電復合材 料的制備 ,即 :陶瓷注射成型 . 陶瓷注射成型技術(shù)是一種 有成本效益的 制備方法雙方海軍的壓電陶瓷 /聚合物復合材料的制備超細 規(guī)模壓電復合材料 ,例如那些需要高頻醫(yī)用超聲和無損評價 . 注塑成型過程中 ,克服困難 ,裝配為主的陶瓷纖維復合成換用網(wǎng)狀 預成型品 陶瓷纖維 陣列 . 除了這方面的優(yōu)勢 , 這一進程使得有可能建造復合傳感器具有更復雜的陶瓷元件幾何比原先設想 導致更大的靈活性 ,設計為改進的聲阻抗匹配和橫向模式取消 加工工藝 注塑廣泛應用于塑料業(yè)作為一種手段 ,快速大量生產(chǎn) ,形狀復雜 ,在 成本低 . 應用陶瓷一直最成功的小型 截面 形狀 ,例如 : 螺紋指南 ,及大型復雜形狀不需要燒結(jié)密度高 ,如渦輪葉片鑄造刀片 . 最近 ,這一進程已展開調(diào)查 ,作為生產(chǎn)工藝熱發(fā)動機渦輪部件 6,7 圖 1:注射模塑過程路線 . 注塑成型用于 PZT成型見圖 1. 注的熱點熱塑性混合陶瓷粉及有機結(jié)合成一個冷卻結(jié)晶 復雜的形狀 ,可以形成與方便與快捷通常與塑料成型 . 防范措施 ,如硬面臨的金屬接觸面 ,這些都是重要的 ,以盡量減少金屬污染的加劇和成型機器 . 陶瓷的粘結(jié)劑必須拆除 非破壞性地 ,使成為必要高固體量 ,嚴格控制粘結(jié)劑 ,拆除過程中 , 和正確裝夾 . 一旦粘結(jié)劑是拆掉 ,隨后射 擊 極化和環(huán)氧包封過程類似于常規(guī) pzti聚合物 復合 1. 因此 ,過程具有以下優(yōu)點替代加工路線 :復雜 近凈形能力處理許多纖維同時發(fā)生 ; 快速吞吐量 (通常每秒 ); 兼容性與統(tǒng)計過程控制 ; 低的材料浪費 ; 靈活應變傳感器設計 (允許變化壓電元件間距和形狀 ); 成本低 ,在中度到高度卷 . 總的來說 ,由于高的初始成本 ,工裝 , 陶瓷注射成型是最好的應用復雜形狀零件需要低成本高產(chǎn)量 制造和評價 采取這種辦法 ,編造 1-3 壓電復合載在圖 2a, 它說明了壓電陶瓷預制棒的概念 ,光纖定位是實現(xiàn)以共同塑造積分陶瓷基地 . 聚合物后封裝在 陶瓷拆除磨 . 除了處理許多纖維 這預制棒做法使廣大緯度在選擇壓電陶瓷元件幾何形狀的綜合性能優(yōu)化 . 工具的設計是成功的重要注塑壓電陶瓷復合材料 . 辦法列于圖 2b用途形工具刀片允許改變部分設計 ,又不過分 更換工具 成本 . 圖2c顯示了個體預制棒配置 ,能夠形成較大的陣列 圖 2:預制棒的方法綜合加工 . 在實踐中 , 材料成型參數(shù)必須優(yōu)化整合注塑模具設計實現(xiàn)完整的預制彈射后 成型 . 關(guān)鍵參數(shù) ,包括 :壓電 /粘合劑比 ,壓電元件直徑和錐形 ,基地 PZT的厚度 ,刀具表面光潔度 , 而塑造的一部分彈射機制設計 . 為了評價這些工藝參數(shù) ,又不過分工具成本 工具設計 ,僅有兩排 19PZT 的每一分子已經(jīng)通過實驗目的 . 每一行包含有三個 (0,1和 2度 )和兩個直徑 (0.5lmm). 容納成型收縮 , 大小坯維持在 5ox50mm以盡量剪過的最外層纖維在 冷卻部分的成型周期 . 圖 3:注射塑造 1-3混合成的預成型品 . 圖 3 顯示綠色陶瓷預制裝配使用此工具配置 . 看到所有的 PZT 分子趕出完好無損后成型 ,包括具有無縱 一端漸漸變細變尖 方便彈射 . 慢熱空氣已被認為是一種合適的方法有機結(jié)合搬遷 . 最后 ,燒出預制棒燒結(jié)在氣氛 97-98%的理論密度 . 沒有遇到任何問題與控制體重燒結(jié)過程中 ,這些組合坯 即使是這些優(yōu)秀的尺度 ,比表面積高預制棒是為高頻超聲波 . 圖 4:掃描電子顯微鏡對所塑造 (上 )以及燒結(jié) (下 )面壓電纖維 . 圖 4說明了表面為成型和燒結(jié)纖維 顯示駐留淺褶皺系大約寬十所特征的注塑成型過程 . 纖維呈現(xiàn)輕微開槽沿其長度 ,由于噴出的工具 . 圖 5 顯示的能力近凈成型模具制作非常精細規(guī)模預制棒 ; 壓電元件尺寸只有 30pm 性已經(jīng)顯現(xiàn) . 等離子燒結(jié)面這些元素顯示了壓電陶瓷微觀結(jié)構(gòu)致密 ,均勻 . 為了展示裁員的辦法 ,為復合材料 , 復合材料約 10體積 %了 PZT-5H纖維和 spurrs環(huán)氧樹脂材料環(huán)氧灌封奠定了對 注塑成型及燒結(jié)纖維整齊之后磨走了壓電陶瓷股票用來塑造復合預制棒 . f 5-26 顯示復合材料制成的鮮 混合 pzt/粘合劑混合物和重用材料 . 循環(huán)中的復雜化 ,并塑造材料 似乎是完全可行的 ,結(jié)果大大提高材料的利用率 圖 5:細 2-2級復合材料組成的近余量成形 (上 顯微照片 ). 由于燒結(jié)面 (下 顯微照片 ). 為了展示裁員的辦法 ,為復合材料 , 復合材料約 10體積 %了 PZT-5H纖維和環(huán)氧樹脂材料環(huán)氧灌封奠定了對 注塑成型及燒結(jié)纖維整齊之后磨走了壓電陶瓷股票用來 塑造復合預制棒 . f 5-26 顯示復合材料制成的 混合 pzt/粘合劑混合物和重用材料 . 循環(huán)中的復雜化 ,并塑造 材料似乎是完全可行的 ,結(jié)果大大提高材料的利用率 . 表 1比較了壓電及介電性能的注塑壓電陶瓷標本所報道的壓了 PZT-5H 樣品制備的粉末的廠商 . 當燒結(jié)條件 ,適合了 PZT-5H制定 ,壓電和介電性能比較兩種材料 . PZT-5H制定預計將特別敏感鐵污染的注塑設備 , 言下之意 ,這些測量是這種污染是微不足道 ,在這注塑壓電材料 . 概要 陶瓷注射成型技術(shù)已被證明是一種可行的工藝制備兩種壓電陶瓷和壓電陶瓷 /聚合物 換能器 . 電氣性能注塑壓電陶瓷媲美備傳統(tǒng)的粉末緊迫 , 但沒有證據(jù)的有害影響來自金屬污染引起的接觸套匯和成型設備 . 用陶瓷注塑造復合坯 然后打下了預制棒 ,形成較大復合陣列 . 結(jié)束語 這項工作是由辦事處的海軍研究的指導下 ,斯蒂芬 e.newfield. 作者要感謝洪女士范用于技術(shù)援助 , 而威博士 shrout的材料研究實驗室 ,西恩 . 州立大學電氣測量 . 參考文獻 l R. E. Newnham et al, 復合材料壓電換 材料工程卷 , 2,pp. 93-106,1980年 12月 . 2 C. Nakaya et al, IEEE Ultrasonics Symposium Proc., Oct. 16-18, 1985, p 634 3 S. D. Darrah,大面積壓電復合材料 ,proc. 該 adpa會議上活躍的材料和結(jié)構(gòu) ,弗吉尼亞州亞歷山 ,11月 4日至 8日 ,1991年版 . g.knowles物理研究所出版 ,pp139-142. 4A. Safari and D. J. Waller,細尺度壓電纖維 /高分子復合材料 會上 adpa會議上活躍的材料和結(jié)構(gòu) ,弗吉尼亞州亞歷山 ,11月 4日至 8日 ,1991年 . 5 U. Bast, D. Cramer and A. Wolff, A New Technique for the Production of Piezoelectric Composites with 1-3 Connectivity, Proc. of the 7th CIMTEC, Montecatini, Italy, June 24-30, 1990, Ed. P. Vincenzini, Elsevier, pp 2005-201 5. 6 G. Bandyopadhyay and K. W. French,Fabrication of Near-net Shape Silicon Nitride Parts for Engine Application, J. Eng.