[發(fā)明專利]一種壓電復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010568602.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111900247B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐卓;賈楠香;王婷;欒鵬;杜紅亮;李飛;夏頌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L41/37
• 分類號(hào): H01L41/37;H01L41/338;H01L41/297
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開(kāi)一種壓電復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，制備方法為步驟一，設(shè)計(jì)3D打印曲面網(wǎng)格模具，并打印制備成型；步驟二，將塊狀壓電相切割成若干壓電小柱；步驟三，將壓電小柱插入進(jìn)3D打印模具空格中；步驟四，用環(huán)氧樹(shù)脂等非壓電相對(duì)壓電小柱與3D打印模具的空隙進(jìn)行填充和固化成型：步驟五，對(duì)制成樣品進(jìn)行打磨、拋光，超聲清洗后，對(duì)樣品進(jìn)行被覆電極操作得到曲面壓電復(fù)合材料，本發(fā)明能夠制備曲面壓電復(fù)合材料，其優(yōu)點(diǎn)在于很好的克服了傳統(tǒng)制備曲面復(fù)合材料工藝繁雜、成型困難的缺點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)大曲率、大面積、曲面壓電復(fù)合材料的制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓電材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓電復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

壓電復(fù)合材料是一種將壓電陶瓷或壓電單晶同聚合物以某種特定連通性結(jié)合，使得壓電復(fù)合材料與原壓電陶瓷或壓電單晶相比，有著柔韌性好、聲阻抗低、機(jī)電耦合系數(shù)高、水聲優(yōu)值高等性能優(yōu)點(diǎn)。基于以上性能優(yōu)勢(shì)，壓電復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于水聲、超聲換能器，無(wú)損檢測(cè)、傳感器等應(yīng)用。

為滿足上述不同應(yīng)用需求，需不同材料、不同形狀的壓電復(fù)合材料。按照材料分類，壓電復(fù)合材料分為壓電陶瓷與壓電單晶復(fù)合材料。按照形狀分類，可分為平面、曲面壓電復(fù)合材料。

壓電陶瓷復(fù)合材料因?yàn)镻ZT等商業(yè)陶瓷價(jià)格低廉、性價(jià)比高，壓電陶瓷復(fù)合材料已廣泛的用于商業(yè)水聲、超聲換能器等應(yīng)用。對(duì)于平面型壓電復(fù)合材料，常見(jiàn)有切割成型法、澆注成型法等，對(duì)于曲面型壓電陶瓷復(fù)合材料常見(jiàn)的制備方法有（1）通過(guò)切割-填充法制備成平面壓電復(fù)合材料，通過(guò)加熱使平面復(fù)合材料柔軟，再利用模具曲面成型；（2）在一個(gè)切割方向填充環(huán)氧樹(shù)脂，另一方向切割方向用橡膠（柔軟）制備成平面復(fù)合材料，然后彎曲復(fù)合材料，最后侵蝕掉第二方向填充的橡膠，替換填充為環(huán)氧樹(shù)脂材料。

壓電單晶復(fù)合材料近些年來(lái)伴隨壓電單晶的飛速發(fā)展，壓電單晶復(fù)合材料逐漸引起人們的注意，進(jìn)入商業(yè)視野，其相比傳統(tǒng)陶瓷復(fù)合材料，壓電單晶復(fù)合材料的壓電性能、機(jī)電耦合性能有著巨大優(yōu)勢(shì)（例如縱向壓電系數(shù)d33為陶瓷復(fù)合材料的2~3倍，厚度機(jī)電耦合Kt提升約10%~30%）。對(duì)于平面型壓電單晶復(fù)合材料，常見(jiàn)的制備方法有切割-填充法制備壓電單晶復(fù)合材料；對(duì)于曲面型壓電單晶復(fù)合材料，常見(jiàn)的制備方法有（1）通過(guò)切割-填充法制備成平面壓電復(fù)合材料，通過(guò)加熱使平面復(fù)合材料柔軟，再利用模具曲面成型；（2）在一個(gè)切割方向填充環(huán)氧樹(shù)脂，另一方向切割方向用橡膠（柔軟）制備成平面復(fù)合材料，然后彎曲復(fù)合材料，最后侵蝕掉第二方向填充的橡膠，替換填充為環(huán)氧樹(shù)脂材料。

以上制備工藝皆有不同的問(wèn)題需要解決，對(duì)于曲面型壓電復(fù)合復(fù)合材料，第一種方法加熱會(huì)導(dǎo)致壓電單晶復(fù)合材料有退極化現(xiàn)象，降低壓電單晶復(fù)合材料性能；第二種方法操作制備曲面陶瓷、壓電復(fù)合材料難度高，且受限于一個(gè)方向彎曲，且這兩種方法都有曲面可控性低（不能精確控制彎曲）、成品率低等問(wèn)題。針對(duì)平面型壓電復(fù)合材料，制備小面積壓電單晶復(fù)合材料常見(jiàn)的切割-填充法即可滿足制備需求，但是受制于單晶材料本身生長(zhǎng)尺寸以及片內(nèi)均勻性，制備大面積壓電單晶復(fù)合材料只能通過(guò)拼接小面積壓電單晶復(fù)合材料，而拼接小面積的壓電單晶復(fù)合材料在機(jī)電耦合系數(shù)、材料一致性等將下降。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種壓電復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單、可控性高、能批量生產(chǎn)曲面壓電復(fù)合材料的制備工藝。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種壓電復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1，取壓電材料塊體，沿第一方向切割壓電材料塊體；壓電材料塊體為壓電單晶或壓電陶瓷材料；

S2，沿第二方向?qū)1切割后的壓電材料塊體進(jìn)行切割，得到若干相互獨(dú)立的壓電材料柱體；第二方向與第一方向垂直；

S3，制備3D打印樹(shù)脂模具；