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制作壓電陶瓷 萊斯利 J Bowen 和肯尼思 W 法國(guó) 材料 Systems 公司 53 Hillcrest 路 康科德 碩士 01742 摘要 在材料研究實(shí)驗(yàn)室 賓州州立大學(xué)研究已經(jīng)證明改進(jìn)水聽(tīng)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(jiǎn)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(lái) 制造壓電陶瓷 聚合物復(fù)合材料 性能和應(yīng)用注塑壓電陶瓷與常規(guī)加工材料 簡(jiǎn)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(shí)際應(yīng)用兩 方面設(shè)計(jì)多技能和表現(xiàn)優(yōu)勢(shì) 這些合成物已經(jīng)在以及發(fā)展的海軍應(yīng)用高分辨醫(yī)學(xué)超聲中找出使用 在過(guò)去 13 年對(duì)許多實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了已建成組合配置和評(píng)價(jià) 全球最成功的組合 指定 1 3 復(fù)合岡維爾的 五線譜 l 有一個(gè)連在尺寸上陶瓷相 壓電纖維 控制在一個(gè)三維連通有機(jī)高分子階段 水聽(tīng)器 人物優(yōu)異這種復(fù)合材料可取得超過(guò)一萬(wàn)倍以上的固體壓電陶瓷 由適當(dāng)選擇的階段性特征和復(fù)合 結(jié)構(gòu) 在賓夕法尼亞州立復(fù)合材料 l 進(jìn)行手工調(diào)擠壓壓電陶瓷棒在跳汰及封裝 環(huán)氧樹(shù)脂 然后切片 到適當(dāng)?shù)暮穸群蜆O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(fù)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(guò)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(guò)去五年已做了一些嘗試 以簡(jiǎn)化裝配過(guò)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(xiàng)技術(shù)已廣泛接受了超聲醫(yī)學(xué)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?yán)w維復(fù)合材料向大會(huì)壓電陶瓷復(fù)合材料 3 另勘探技術(shù)涉及復(fù)制的多孔面料 有適當(dāng)?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(guò)五一個(gè)尺寸與另一個(gè)尺寸之比有直徑需 要來(lái)遭遇裝置表現(xiàn)目標(biāo) 因此 這些困難被附加挑戰(zhàn)用形成沒(méi)有缺點(diǎn)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(xì)尺度復(fù)合材料可以產(chǎn)生一個(gè)逃犯模具技 術(shù) 但是 這種方法需要制作一個(gè)新的模具 每部分 5 本文描述了一種新方法 壓電復(fù)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(fù)合材料的制備超細(xì) 規(guī)模壓電復(fù)合材料 例 如那些需要高頻醫(yī)用超聲和無(wú)損評(píng)價(jià) 注塑成型過(guò)程中 克服困難 裝配為主的陶瓷纖維復(fù)合成 換用網(wǎng)狀預(yù)成型品陶瓷纖維 陣列 除了這方面的優(yōu)勢(shì) 這一進(jìn)程使得有可能建造復(fù)合傳感器 具有更復(fù)雜的陶瓷元件幾何比原先設(shè)想 導(dǎo)致更大的靈活性 設(shè)計(jì)為改進(jìn)的聲阻抗匹配和橫向模 式取消 加工工藝 注塑廣泛應(yīng)用于塑料業(yè)作為一種手段 快速大量生產(chǎn) 形狀復(fù)雜 在 成本低 應(yīng)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(fù)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(jìn)程已展開(kāi)調(diào)查 作為生產(chǎn)工藝熱發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件 6 7 圖 1 注射模塑過(guò)程路線 注塑成型用于 PZT 成型見(jiàn)圖 1 注的熱點(diǎn)熱塑性混合陶瓷粉及有機(jī)結(jié)合成一個(gè)冷卻結(jié)晶 復(fù)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(jī)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(yán)格控制粘結(jié)劑 拆除過(guò)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(guò)程類似于常規(guī) pzti 聚合物復(fù)合 1 因此 過(guò)程具有以下優(yōu)點(diǎn)替代加工路線 復(fù)雜 近凈形能力處理許多纖維同時(shí)發(fā)生 快速吞吐量 通常每秒 兼容性與統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制 低的材 料浪費(fèi) 靈活應(yīng)變傳感器設(shè)計(jì) 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(lái)說(shuō) 由于高的初始成本 工裝 陶瓷注射成型是最好的應(yīng)用復(fù)雜形狀零件需要低成本高產(chǎn)量 制造和評(píng)價(jià) 采取這種辦法 編造 1 3 壓電復(fù)合載在圖 2a 它說(shuō)明了壓電陶瓷預(yù)制棒的概念 光纖定位是實(shí) 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(yù)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(shè)計(jì)是成功的重要注塑壓電 陶瓷復(fù)合材料 辦法列于圖 2b 用途形工具刀片允許改變部分設(shè)計(jì) 又不過(guò)分更換工具成本 圖 2c 顯示了個(gè)體預(yù)制棒配置 能夠形成較大的陣列 圖 2 預(yù)制棒的方法綜合加工 在實(shí)踐中 材料成型參數(shù)必須優(yōu)化整合注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)完整的預(yù)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(jī)制設(shè)計(jì) 為了評(píng)價(jià)這些工藝參數(shù) 又不過(guò)分工具成本 工具設(shè)計(jì) 僅有兩排 19PZT 的每 一分子已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?每一行包含有三個(gè) 0 1 和 2 度 和兩個(gè)直徑 0 5lmm 容納成 型收縮 大小坯維持在 5ox50mm 以盡量剪過(guò)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(yù)成型品 圖 3 顯示綠色陶瓷預(yù)制裝配使用此工具配置 看到所有的 PZT 分子趕出完好無(wú)損后成型 包括 具有無(wú)縱一端漸漸變細(xì)變尖方便彈射 慢熱空氣已被認(rèn)為是一種合適的方法有機(jī)結(jié)合搬遷 最 后 燒出預(yù)制棒燒結(jié)在氣氛 97 98 的理論密度 沒(méi)有遇到任何問(wèn)題與控制體重?zé)Y(jié)過(guò)程中 這 些組合坯 即使是這些優(yōu)秀的尺度 比表面積高預(yù)制棒是為高頻超聲波 圖 4 掃描電子顯微鏡對(duì)所塑造 上 以及燒結(jié) 下 面壓電纖維 圖 4 說(shuō)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(guò)程 纖維 呈現(xiàn)輕微開(kāi)槽沿其長(zhǎng)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(xì)規(guī)模預(yù) 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(fù)合材料 復(fù)合材料約 10 體積 了 PZT 5H 纖維和 spurrs 環(huán)氧樹(shù) 脂材料環(huán)氧灌封奠定了對(duì) 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(lái)塑造復(fù)合預(yù)制 棒 f 5 26 顯示復(fù)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(fù)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(xì) 2 2 級(jí)復(fù)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(fù)合材料 復(fù)合材料約 10 體積 了 PZT 5H 纖維和環(huán)氧樹(shù)脂材料環(huán)氧 灌封奠定了對(duì) 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(lái)塑造復(fù)合預(yù)制棒 f 5 26 顯示復(fù)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(fù)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(biāo)本所報(bào)道的壓了 PZT 5H 樣品制備的粉末的廠商 當(dāng)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(yù)計(jì)將特別敏 感鐵污染的注塑設(shè)備 言下之意 這些測(cè)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(méi)有證據(jù)的有害影響來(lái)自金屬污染引起的接 觸套匯和成型設(shè)備 用陶瓷注塑造復(fù)合坯 然后打下了預(yù)制棒 形成較大復(fù)合陣列 結(jié)束語(yǔ) 這項(xiàng)工作是由辦事處的海軍研究的指導(dǎo)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(shí)驗(yàn)室 西恩 州立大學(xué)電氣測(cè)量 參考文獻(xiàn) l R E Newnham et al 復(fù)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(fù)合材料 proc 該adpa會(huì)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 4 A Safari and D J Waller 細(xì)尺度壓電纖維 高分子復(fù)合材料 會(huì)上adpa會(huì)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 for Gas Turbines And Power 7 J Greim et al Injection Molded Sintered Turbocharger Rotors Proc 3rd Int Symp on Ceramic Materials and Components for Heat Engines Las Vegas Nev pp 1365 1375 Amer Cer Soc 1989