CN108417707A - 一种压电复合材料的制备方法及压电复合材料 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种压电复合材料的制备方法，包括以下步骤：沿厚度方向分别从压电材料的上、下表面切割出高度小于所述压电材料厚度的第一压电材料骨架和第二压电材料骨架，其中，分布于所述第一压电材料骨架间的第一切割槽与分布于所述第二压电材料骨架间的第二切割槽相交叉且错开分布；将柔性聚合物分别浇注至所述第一切割槽和所述第二切割槽中，并固化，形成压电复合材料；分别从所述压电复合材料的上、下表面去除所述第一切割槽与所述第二切割槽的未交叉部分。应用该方法，可避免重复切割骨架，降低了晶柱倒塌和断裂的风险，提高了制备压电材料的成功率。本申请还公开了一种应用于如上所述的制备方法所制备的压电复合材料具有相同效果。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料及其制备技术领域，特别涉及一种压电复合材料的制备方法。本发明还涉及一种压电复合材料。
背景技术
压电复合材料是具有压电效应的材料，能够实现电能和机械能之间的相互转换。压电复合材料是指压电材料与聚合物按一定的连通方式、一定的体积和重量比、一定的空间几何分布复合而成的材料，兼有两相材料的优势，因此，广泛应用于水声换能器和超声换能器。
水声换能器是将声能和电能进行相互转换的器件，是在水下发射和接收声波的关键部件，常用于海洋环境监测和水下的探测、识别和通信等；超声换能器则常用于医疗超声成像、超声无损检测等。以超声换能器为例，通常采用机械加工的方式将压电复合材料的厚度振动模式变为高度振动模式，以提高压电复合材料的机电转换效率、降低材料声阻抗率，有利于压电复合材料在超声换能器设计时的声学匹配和性能提高。因此，改进压电复合材料的制备方法就显得尤为必要。
压电复合材料根据其连通方式一般有0-3型压电复合材料，2-2型压电复合材料和1-3型压电复合材料三种。目前，1-3型压电复合材料制作方法主要有两种，一种是利用离子刻蚀隔离槽-填充的方法，该方法制作成本高，且刻蚀深度的技术壁垒也限制了最终压电复合材料的厚度和最低频率，故该方法应用较少；另一种是机械切割-填充法，该方法是目前低频压电复合材料普遍使用的一种方法，然而该方法尚存诸多不足。
以工作频率高于15MHz的压电复合材料为例，如果采用第二种制备方法以单面二次切割-填充法制作1-3型压电复合材料，从同一面进行时，由于第二次切割刀槽和第一次切割刀槽的间距变小，提高了压电复合材料晶柱的倒塌和断裂风险，切割难度大，导致一次性地制备压电复合材料的成功率较低。
因此，如何解决上述问题是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种压电复合材料的制备方法及压电复合材料，能提升制备压电复合材料的成功率。
其具体方案如下：
本申请提供一种压电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
沿厚度方向分别从压电材料的上、下表面切割出高度小于所述压电材料厚度的第一压电材料骨架和第二压电材料骨架，其中，分布于所述第一压电材料骨架间的第一切割槽与分布于所述第二压电材料骨架间的第二切割槽相交叉且错开分布；
将柔性聚合物分别浇注至所述第一切割槽和所述第二切割槽中，并固化，形成压电复合材料；
分别从所述压电复合材料的上、下表面去除所述第一切割槽与所述第二切割槽的未交叉部分。
优选地，所述压电复合材料具体为频率大于等于15MHz的高频压电复合材料，以便解决利用机械切割-填充法制备频率大于等于15MHz的高频压电复合材料的技术难点。
本申请还提供一种应用于如上所述的制备方法所制备的压电复合材料，包括：
分别从上、下表面向对侧延伸贯通的第一压电材料骨架和第二压电材料骨架；
分布于所述第一压电材料骨架间的第一切割槽；
与所述第一切割槽错开分布且分布于所述第二压电材料骨架间的第二切割槽；
填充且固化于所述第一切割槽和所述第二切割槽之间的柔性聚合物。
优选地，所述第一压电材料骨架和所述第二压电材料骨架呈方形均匀排列。
优选地，所述第一切割槽与所述第二切割槽的间距分别是预设的切割槽间距的两倍。
优选地，所述第二切割槽与其两侧相邻的所述第一切割槽之间的距离相等。
优选地，所述柔性聚合物具体为环氧树脂。
优选地，所述压电材料为压电陶瓷或压电单晶。
相对于背景技术，本发明提供一种压电复合材料的制备方法，包括以下步骤：沿厚度方向分别从压电材料的上、下表面切割出高度小于所述压电材料厚度的第一压电材料骨架和第二压电材料骨架，其中，分布于所述第一压电材料骨架间的第一切割槽与分布于所述第二压电材料骨架间的第二切割槽相交叉且错开分布；将柔性聚合物分别浇注至所述第一切割槽和所述第二切割槽中，并固化，形成压电复合材料；分别从所述压电复合材料的上、下表面去除所述第一切割槽与所述第二切割槽的未交叉部分。
由于所述第一压电材料骨架和所述第二压电材料骨架分别从所述压电材料的上、下两个表面分别切割而成，且分布于所述第一压电材料骨架间的第一切割槽与分布于所述第二压电材料骨架间的第二切割槽相交叉且错开分布，使所述第一压电材料骨架和所述第二压电材料骨架错开切割、错开分布，显然地，双面切割在一定程度上能够避免所述第一压电材料骨架被重复切割，降低了压电复合材料骨架中晶柱倒塌和断裂的风险，提高了具有高密度的压电复合材料的切割能力。
因此，本发明所提供的一种压电复合材料的制备方法能够提升制备压电复合材料的成功率。
本发明所提供的一种应用于如上所述的制备方法所制备的压电复合材料，具有相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供压电复合材料的制备流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供压电复合材料的制备流程图。
本发明实施方式公开了一种压电复合材料的制备方法，该方法的步骤如下：
步骤1)沿厚度方向从压电材料的上、下两表面切割出高度小于压电材料厚度的第一压电材料骨架和第二压电材料骨架。其中，分布于第一压电材料骨架间的第一切割槽和分布于第二压电材料骨架间的第二切割槽相交叉且错开分布。
在该具体实施方式中，①为未切割压电材料，该压电材料大致呈方形，可以是压电陶瓷，也可以是压电单晶，不限于此。②为单面切割第一压电材料骨架，具体地，先在压电材料的上表面上分别沿纵向和横向方向各切若干刀以便切割出第一压电材料骨架，显然地，第一压电材料骨架包含若干方形晶柱。④为另一面单面切割第二压电材料骨架，也即再在压电材料的下表面上分别沿纵向和横向方向各切若干刀以便切割出第二压电材料骨架，同样地，第二压电材料骨架包括若干方形晶柱。
第一切割槽便为分布于第一压电材料骨架间若干条纵横交错的切割缝隙，同样地，第二切割槽便为分布于第二压电材料骨架间若干条纵横交错的切割缝隙。第一切割槽和第二切割槽的切割深度均小于压电材料的厚度，但是第一切割槽和第二切割槽的切割深度均大于压电材料厚度的二分之一，自然，第一切割槽便与第二切割槽在深度方向上相交叉。为了避免重复切割第一压电材料骨架或第二压电材料骨架，第一切割槽与第二切割槽错开分布，也即第一切割槽和第二切割槽无论是在纵向方向还是在横向方向上均不重叠。
在该具体实施方式中，第一压电材料骨架和第二压电材料骨架呈方形均匀排列，也即第一压电材料骨架的晶柱和第二压电材料骨架的晶柱的横截面均呈方形。
第一切割槽和第二切割槽的间距分别是预设切割槽间距的两倍，以免重复切割晶柱，方便改善深度切割时材料断裂的情况，同时也适应于切割高密度的压电复合材料，有效地降低了晶柱断裂和倒塌的风险。
优选地，第二切割槽与其两侧相邻的第一切割槽之间的距离相等，也即第一压电材料骨架的晶柱被第二切割槽平均分成若干份横面积大致相等的晶柱。
步骤2)将柔性聚合物分别浇注至第一切割槽和第二切割槽内，并固化磨平，形成压电复合材料。
③为向第一切割槽填充柔性聚合物，并磨平；具体地，柔性聚合物可以为环氧树脂，当然，不限于此。在切割出第一压电材料骨架后，向第一切割槽中浇注环氧树脂，再固化环氧树脂，然后磨平压电复合材料的上表面。同样地，⑤为向第二切割槽填充柔性聚合物，并磨平；具体地，在切割出第二压电材料骨架后，向第二切割槽中浇注环氧树脂，再固化环氧树脂，然后磨平压电复合材料的下表面。
在该具体实施方式中，压电复合材料具体为频率大于等于15MHz的1-3型高频压电复合材料，以便解决利用机械切割-填充法制备15MHz高频复合材料的技术难点。当然，压电复合材料的类型不限于此。
步骤3)分别从压电复合材料的上、下表面去除第一切割槽与第二切割槽的未交叉部分。
⑥为双面磨平未交叉部分，具体地，在压电复合材料的上、下两表面填充完环氧树脂后，从上、下两表面分别磨去压电复合材料中第一压电材料骨架和第二压电材料骨架未交叉部分，得到上、下两表面均包含有第一压电材料骨架和第二压电材料骨架的压电复合材料。
综上所述，本发明所提供的压电复合材料的制备方法，由于第一压电材料骨架和第二压电材料骨架分别从不同面、不同位置错开切割，避免在切割其中一个骨架时，损坏另一骨架，因此，双面切割能够有效地降低压电复合材料骨架中晶柱倒塌和断裂的风险，从而使压电复合材料的制备成功率有所提高，切割能力有所增强。
本发明还提供一种压电复合材料，包括第一压电材料骨架、第二压电材料骨架、第一切割槽、第二切割槽和柔性聚合物。其中，第一压电材料骨架和第二压电材料骨架分别从压电材料的上、下表面向对侧延伸贯通。第一切割槽分布于第一压电材料骨架间。第二切割槽与第一切割槽错开分布，且分布于第二压电材料骨架间。柔性聚合物填充且固化与第一切割槽和第二切割槽之间。该压电复合材料具有与上述制备方法相同的有益效果，在此不再赘述。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种压电复合材料的制备方法及压电复合材料进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种压电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
沿厚度方向分别从压电材料的上、下表面切割出高度小于所述压电材料厚度的第一压电材料骨架和第二压电材料骨架，其中，分布于所述第一压电材料骨架间的第一切割槽与分布于所述第二压电材料骨架间的第二切割槽相交叉且错开分布；
将柔性聚合物分别浇注至所述第一切割槽和所述第二切割槽中，并固化，形成压电复合材料；
分别从所述压电复合材料的上、下表面去除所述第一切割槽与所述第二切割槽的未交叉部分。
2.根据权利要求1所述的压电复合材料的制备方法，其特征在于，所述压电复合材料具体为频率大于等于15MHz的高频压电复合材料。
3.一种应用于如权利要求1所述的制备方法所制备的压电复合材料，其特征在于，包括：
分别从上、下表面向对侧延伸贯通的第一压电材料骨架和第二压电材料骨架；
分布于所述第一压电材料骨架间的第一切割槽；
与所述第一切割槽错开分布且分布于所述第二压电材料骨架间的第二切割槽；
填充且固化于所述第一切割槽和所述第二切割槽之间的柔性聚合物。
4.根据权利要求3所述的压电复合材料，其特征在于，所述第一压电材料骨架和所述第二压电材料骨架呈方形均匀排列。
5.根据权利要求3所述的压电复合材料，其特征在于，所述第一切割槽与所述第二切割槽的间距分别是预设的切割槽间距的两倍。
6.根据权利要求3所述的压电复合材料，其特征在于，所述第二切割槽与其两侧相邻的所述第一切割槽之间的距离相等。
7.根据权利要求6所述的压电复合材料，其特征在于，所述柔性聚合物具体为环氧树脂。
8.根据权利要求7所述的压电复合材料，其特征在于，所述压电材料为压电陶瓷或压电单晶。
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| CN108417707B (zh) | 2021-06-11 |
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