DK163762B - Piezoelektrisk kompositmateriale og fremgangsmaade til fremstilling af dette - Google Patents
Piezoelektrisk kompositmateriale og fremgangsmaade til fremstilling af dette Download PDFInfo
- Publication number
- DK163762B DK163762B DK580785A DK580785A DK163762B DK 163762 B DK163762 B DK 163762B DK 580785 A DK580785 A DK 580785A DK 580785 A DK580785 A DK 580785A DK 163762 B DK163762 B DK 163762B
- Authority
- DK
- Denmark
- Prior art keywords
- piezoelectric
- reinforcing
- reinforcing structure
- piezoelectric elements
- composite material
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 48
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 29
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 claims description 3
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 17
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 15
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 8
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 8
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229920003319 Araldite® Polymers 0.000 description 1
- 101100135790 Caenorhabditis elegans pcn-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 1
- 229910003781 PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OOHCSYFCNNEIIP-UHFFFAOYSA-N S(I)I.[Sb] Chemical compound S(I)I.[Sb] OOHCSYFCNNEIIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002318 adhesion promoter Substances 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L chromic acid Substances O[Cr](O)(=O)=O KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- AWJWCTOOIBYHON-UHFFFAOYSA-N furo[3,4-b]pyrazine-5,7-dione Chemical compound C1=CN=C2C(=O)OC(=O)C2=N1 AWJWCTOOIBYHON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
- H10N30/092—Forming composite materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/852—Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/42—Piezoelectric device making
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
DK 163762 B
i
Den foreliggende opfindelse angår piezoelektriske kompositmaterialer og navnlig forstærkede piezoelektriske kompositmaterialer.
Der kendes forstærkede piezoelektriske kompositmaterialer, hvis 5 struktur omfatter et system af parallelle med indbyrdes afstand liggende stænger af et piezoelektrisk keramisk materiale indlejret i et matrixmateriale, hvilke piezoelektriske stænger er rettet ind, således at de alle polariseres i den samme retning. Forstærkningsorganer i form af glasstænger er også indlejret i matrixmaterialet, 10 hvilke glasstænger er anbragt i to indbyrdes vinkelrette systemer, der hvert indgriber i og er vinkelret på systemet af parallelle piezoelektriske keramiske stænger. En sådan struktur er kendt som et trefasekompositmateriale med en 3-1-1 konnektivitet (forbindelse), hvormed menes, at matrixmaterialet er en tredimensionalt forbundet *5 fase, at hver af de piezoelektriske keramiske stænger repræsenterer en endimensionalt forbundet fase, og at forstærkningsstængerne repræsenterer hver en endimensionalt forbundet fase.
Det er kendt at samle den ovenfor angivne struktur ved først at 20 samle det parallelle system af keramiske stænger og derpå indsætte forstærkningsglasstængerne på plads en for en. Dette er en ekstremt tidsrøvende proces, da nogle af glasstængerne kan have så små diametre som 0,25 mm, og der kan være mange hundrede af sådanne stænger, som skal samles.
25 I
Formålet med den foreliggende opfindelse er at reducere fabrikationstiden for et trefaset kompositmateriale.
Ifølge den foreliggende opfindelse tilvejebringes en fremgangsmåde 3° til fremstilling af et piezoelektrisk kompositmateriale omfattende et system af piezoelektriske elementer og en forstærkningsstruktur, der er indlejret i et matrixmateriale, hvilken fremgangsmåde omfatter dannelse af forstærkningsstrukturen før samling med de piezoelektriske elementer, hvilken forstærkningsstruktur danner et system 35 af huller til modtagelse af de piezoelektriske elementer, indsætning af de piezoelektriske elementer i systemet af huller gennem forstærkningsstrukturen og støbning af den resulterende struktur i matrixmaterialet for at danne det piezoelektriske kompositmateriale.
DK 163762 B
2
Udformningen kan være en sådan, at forstærkningsstrukturen har en netlignende udformning, fortrinsvis i form af et vævet net, eller i form af en plade af materiale med et system af huller. Et antal forstærkningsstrukturer kan samles til en stabel, hvis huller ligger 5 på linie med hinanden, hvilken stabel danner en burlignende struktur, der har et system af huller til modtagelse af de piezoelektriske elementer.
Alternativt kan forstærkningsstrukturen dannes ved samling af et 10 antal plader af forstærkningsmateriale til en stabel og dannelse gennem stablen af systemet af huller til modtagelse af de piezoelektriske elementer.
I alle de ovennævnte udførelsesformer bliver hele konstruktionen, 15 efter at forstærkningsstrukturen eller -strukturerne er blevet samlet og de piezoelektriske elementer anbragt i hullerne, støbt i et egnet matrixmateriale og til rettet i form. Den dannede endelige konstruktion er et trefaset kompositmateriale med en 3-1-2 konnektivitet, hvormed menes, at matrixmaterial et er en tredimen-20 sionalt forbundet fase, at hvert af de piezoelektriske elementer repræsenterer en endimensionalt forbundet fase, og at hver forstærkning er en todimensionalt forbundet fase.
Det ligger imidlertid inden for opfindelsens omfang at skabe et 25 trefaset kompositmateriale med en 3-1-1 konnektivitet ved anvendelse af en endimensionalt forbundet forstærkningsfase. Dette kan f.eks. opnås ved at bevirke, at forstærkningsstrukturen ved vævning af en streng af forstærkende fibermateriale formes til en burlignende flerlaget struktur før samling med de piezoelektriske elementer.
30 I en yderligere udførelsesform ifølge den foreliggende opfindelse indbefatter fremgangsmåden det trin, at der frembringes et system af parallelle på linie med hinanden liggende piezoelektriske elementer med afstande svarende til delingen mellem hullerne i forstærknings-35 strukturerne, hvilke forstærkningsstrukturer anbringes over de piezoelektriske elementer.
Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor
DK 163762B
3 fig. 1 viser et billede af en kendt forstærket piezoelektrisk komposi tmaterialestruktur, fig. 2 en forstærkningsburkonstruktion, som anvendes ved fremstillingen af en udførelsesform for en piezoelektrisk 5 kompositmaterialestruktur ifølge den foreliggende opfindel se, fig. 3 en forstærkningsburkonstruktion, som anvendes ved fremstillingen af en anden udførelsesform for en piezoelektrisk kompositmaterialestruktur ifølge den foreliggende opfindel-10 se, og fig. 4 en forstærkningsburkonstruktion, som anvendes ved fremstillingen af en yderligere udførelsesform for en piezoelektrisk kompositmaterialestruktur ifølge den foreliggende opfindelse.
15 På tegningen viser fig. 1 et indre billede af en hjørnesektion 1 af en blok af kendt forstærket piezoelektrisk kompositmateriale. Strukturen af kompositmaterialet består af et system af parallelle med indbyrdes afstand liggende stænger 2 af et piezoelektrisk 20 keramisk materiale, der er indlejret i et matrixmateriale 4, hvilke piezoelektriske stænger 2 er rettet ind, således at de alle polariseres i den samme retning. Matrixmaterialet 4 består af en epoxyharpiks, og forstærkningsorganerne er i form af glasstænger 6, der er anbragt i to indbyrdes vinkelrette systemer, som hver indgriber 25 med og er vinkelret på systemet af parallelle piezoelektriske stænger 2.
Fremstillingen af det forstærkede piezoelektriske kompositmateriale vist i fig. 1 indebærer først samling af det parallelle system af 30 med indbyrdes afstand liggende piezoelektriske stænger, derefter samling af hver af glasstængerne 6 i dens respektive position i systemet af piezoelektriske stænger 2 og endelig støbning af de samlede piezoelektriske stænger 2 og glasstænger 6 i matrixmaterialet 4. Fremstillingen kan være ekstremt tidsrøvende, da den indebæ-35 rer, at hver af glasstængerne placeres individuelt i sin respektive position.
For at reducere fabrikationstiden kan forstærkningsorganerne og de piezoelektriske stænger 2 samles ved en række metoder ifølge
DK 163762 B
4 forskellige udførelsesformer for den foreliggende opfindelse. En gruppe af metoder gør brug af forudsamlede bure, der er opbygget af forstærkningsorganer, som det skal beskrives nedenfor under henvisning til fig. 2,3 og 4.
5
Som vist i fig. 2 er et forudvævet glasfibernet eller et andet egnet netlignende materiale skåret i lige store stykker for at danne forstærkningsstrukturer, der omhyggeligt stables ovenpå hinanden for at danne lag af net 8, hvis huller ligger ud for hinanden. På denne 10 måde samles et forstærkningsbur, der har et system af parallelle huller til modtagelse af de piezoelektriske stænger 2.
1 fig. 3 er vist forstærkningsstrukturer af plader af glasfibermåtte 14 eller måtte fremstillet af andre forstærkningsfibre med eller 15 uden forimprægnering af andre polymermaterialer, såsom polymerharpikser, hvilke forstærkningsstrukturer er udstanset for at tilvejebringe et todimensionalt system af huller. Måttepladerne 14 er udskåret i stykker af ens størrelse og stablet til dannelse af buret vist i fig. 3 til modtagelse af de piezoelektriske stænger 2.
20
Under fremgangsmåden ved samling af buret under henvisning til fig.
2 og 3 kan en metal- eller keramisk støttestift 12 indsættes i mindst to hjørnehuller for at hjælpe med til at sikre buret under samlingen.
25
Et bur af glastråd eller andet forstærkende fibermateriale kan væves ved anvendelse af et støttestiftarrangement, således som vist i fig.
4. Stiftarrangementet i fig. 4 består af to parallelle rækker og to parallelle søjler af stifter 20, idet der er fem stifter 20 i hver 30 række og i hver søjle. En tråd eller et garn 22 vikles omkring og mellem de to søjler af stifter 20 for at danne et første lag 24 af tråd eller garn. Tråden eller garnet 22 bliver derpå viklet omkring og mellem stifterne 20, som danner de to rækker, for således at danne et andet lag 26 af tråd eller garn. Derefter bliver tråden 35 eller garnet 22 igen vævet mellem de to søjler af stifter for at skabe et tredie lag osv. På denne måde dannes en forstærkning s- struktur i form af et vævet bur med et system af parallelle huller 30 til modtagelse af de piezoelektrisle stænger.
DK 163762 B
5 I en anden udførelsesform for burkonstruktionen bliver lag af ustanset glasfiber eller et andet fiberforstærkningsmateriale, der er måtteforimprægneret med egnet matrixmateriale, udskåret i stykker af ens størrelse og stablet ovenpå hinanden. Stablen afpudses til 5 den krævede form, og et todimensionalt system af parallelle huller bores i stablen. På denne måde fremstilles en forstærkningsburstruktur, der i forvejen er indhyllet i matrixmaterialet.
Når de ovenfor beskrevne forstærkningsbure er blevet samlet, og de 10 piezoelektriske stænger er placeret i hullerne med alle de piezo-elektriske stænger polariseret i den samme retning, bliver hele strukturen indstøbt i matrixmaterialet og tilrettet i form. God adhesion mellem matrixmaterialet og forstærkningsorganerne kan tilsikres ved forbehandling af forstærkningsorganerne med en 15 adhes i onspromotor. Et sådant adhes i onsprodukt er Dow Coming's adhesionspromotor Z6040. Andre metoder til at sikre god adhesion indbefatter en overfladeætsning af forstærkningsorganerne, f.eks. chromsyreætsning af gi asforstærkningsstænger, ved forudbelægning af glasforstærkningsstængerne med et egnet sekundært matrixmateriale 20 for således at danne et mellemlag, der er beliggende mellem forstærkningsorganerne og hovedmatrixmaterialet.
En anden metode til fremstilling af et forstærket piezoelektrisk komposi tmateriale i henhold til en udførelsesform for den forelig-25 gende opfindelse indbefatter en konstruktionsmetode af kamtypen. Konstruktionsmetoden indbefatter først fremstilling af et todimensionalt system af parallelle på linie med hinanden liggende piezoelektriske stænger. Dette kan opnås ved enten at placere forudtil skårne stænger i et egnet system af huller i en metalbasis-30 plade, idet der i forvejen er anbragt et blødt materiale, såsom model!ervoks eller voks i hullerne for at holde dem fast, eller ved at presse dem ind i et lag af blød voks, så at de står op i et regelmæssigt system, eller ved indsavning af en todimensional kam eller et todimensionalt system ud fra en massiv blok af 35 piezoelektrisk materiale.
Forudtilskårne stykker med ens størrelse af net eller udstanset måtte med samme deling som stangafstanden kan derpå placeres over kammen for opbygning af forstærkningsburet, eller et samlet bur, der
DK 163762 B
6 er fremstillet som beskrevet ovenfor ved boring af huller i en stabel af ikke-stansede lag af matrixmateriale, kan placeres over stængerne. Den samlede enhed bliver derpå indstøbt i et egnet kompositmatrixmateriale og afrettet i form.
5
De piezoelektriske kompositmaterialer anvendes primært som piezoelektriske transducere, og i nogle anvendelser af piezoelektriske transducere, såsom hydrofoner, er indesluttede bobler uønskede. For at forhindre at de dannes, er det tilrådeligt 10 at sikre, at matrixmaterialet er vakuumafgasset for at fjerne opløst luft og vanddamp, og at matrixmaterialet hældes ud på den samlede struktur under vakuum for at forhindre indeslutning af større luftmængder. Eksempelvis har afgasning af Eccogel (registreret varemærke) 1365-80 epoxyharpiks (fremstillet af Emerson and Cuming) 15 vist sig at tage ca. én time ved et vakuum på 740 mm Hg. Dette kan imidlertid variere med typen, alderen og temperaturen af den anvendte epoxyharpiks.
Ved omtalen af egenskaberne ved piezoelektriske materialer er det 20 hensigtsmæssigt at definere et aksialt system, hvortil de kan henføres. I den foreliggende beskrivelse vil egenskaberne blive henført til et højrehåndet aksesæt, hvor aksen og egenskaberne henført til dem er adskilt fra hinanden ved de tre indekser 1,2 og 3. Aksen x3 defineres som værende parallel med den polære retning i materialet 25 (eller polingsretningen i et piezoelektrisk keramisk materiale). Xj og Xg akserne defineres som værende indbyrdes vinkelrette på hinanden og på x3 aksen. Når der er tale om 3-1-1 piezoelektriske kompositmaterialer, som indeholder glasstangforstærkning, defineres Xj og Xg således, at de er indbyrdes vinkelrette på hinanden og på 30 x3 aksen og parallelle med retningerne, hvori glasstængerne er lagt.
I et piezoelektrisk materiale er ladninger, som frembringes over polfladerne, afhængige af de piezoelektriske ladningskoefficienter d. ·. Der gøres her brug af den reducerede indeksnotation for de
V
35 piezoelektriske koefficienter som defineret af J.F. Nye i hans publikation "Physical Properties of Crystals" (Clarendon Press, Oxford) kapitel VII. I et hydrostatisk system er spændingen σ i hver af de tre indbyrdes vinkelrette retninger den samme og følgelig:
DK 163762B
7
I * ff<d31 + d32 + d33> · ffdH
Når dH er den hydrostatiske ladningskoefficient (d^ = d^j + 5 dgg + CI33), er Q ladningen, som frembringes på polfladerne, og A er arealet af pol fladerne.
I en homogen terning af det piezoelektriske materiale, der generisk er betegnet PZT (i PZT familien, er hovedbestanddelen en keramisk 10 fast opløsning (PbZr03)x· (PbTi03)lx, hvor Xt2r 0,52) d31 = d32 ^"^33/2’ f^9eli9 er P® nu^» hvilket giver en lille udgangsladning, når det er under hydrostatisk spænding. En tofaset komposi tstruktur med 3-1 konnektivitet, der består af et todimensionalt system af parallelle på linie med hinanden liggende 15 piezoelektriske stænger, der er indlejret i en kontinuerlig matrix uden nogen tredie faseforstærkning, har vist sig at have en forøget værdi af d^ i forhold til PZT materialerne (se tabel 1) nedenfor.
Dette skyldes, at matrixen indfører spændingsaflastning i de to retninger indbyrdes vinkelret på stangretningen (Xj og x2 akserne), 20 hvilket resulterer i, at de piezoelektriske stænger får mindre langsgående spændinger Oj og σ2· Den hydrostatiske ladningskoefficient for sammensætningen som helhed er således større end for det piezoelektriske materiale alene, hvilket følgelig giver en forøget udgangsladning for en hvilken som helst bestemt trykændring. Den 25 lavere volumenfraktion af piezoelektrisk materiale frembringer også et fald i middeldielektricitetskonstanten ε for kompositmaterialet, som med forøgelsen i d^ giver en forøgelse i den piezoelektriske spændingskoefficient gH (hvor gH d^£) i forhold til det piezoelektriske materiale. Dette frembringer en stærkt forøget værdi 30 for den piezoelektriske effektværdi (d^ · g^), som repræsenterer udgangsenergien fra anordningen pr. volumenenhed pr. trykændringsenhed i anden. Eksempler på egnede keramiske materialer er PZT-5H og PZT-4. Eksempler på egnede polymermaterialer er Eccogel 1365-80,
Stycast 1264 (varemærker)( begge epoxyharpikser fremstillet af 35 Emerson and Cuming), Araldite MY763 (varemærke) (fremstillet af Ciba-Geigy Limited).
Tilføjelsen af en tredie forstærkningsfase til komposi tmatricen indfører forbedret spændingsaflastning og forøger dermed d^, g^ og
DK 163762 B
8 yderligere. Tabel 2(a) viser egenskaberne ved to eksempler på trefasekompositmaterialer fremstillet med 0,6 mm2 PZT-5H keramiske stænger indlejret i Eccogel 1365-80 epoxyharpiks med o,25 mm diameter borsi li katgi as stangforstærkning, og tabel 2(b) viser egen-5 skaberne ved to eksempler på trefasekomposi tmaterialer med samme opbygning som materialerne i fig. 2(a), bortset fra at de er indstøbt i en hårdere epoxyindstøbningssammensætning end Eccogel.
Tabel 3 angiver værdierne for d^, gH og dHgH for et trefase- 10 kompositmateriale fremstillet med 0,6 mm2 PZT-5H keramiske stænger og en keramisk volumenfraktion på 0,063. Denne prøve havde en matrix af Eccogel 1365-80 epoxyharpiks og var forstærket med sili kagl astråd. Prøven var ca. 24mm i kvadrat og 14mm tyk med en kapa-j citans på 46pF. Resultaterne viser, at alle tre prøver var i stand 15 til at give en høj udgangsydelse sammenlignet med en ordinær keramisk blok (se tabel 1) og er sammenlignelige i ydelse med trefasekomposi tmaterialerne i tabel 2.
Tabel 4 angiver værdierne for d^, g^ og d^ for to trefase- 20 kompositmaterialer fremstillet ved anvendelse af et forudvævet glasfibernet, såsom Automesh (varemærke) og Eccogel 1365-80 epoxyharpiks i overensstemmelse med en udførelsesform for opfindelsen.
2
Begge prøver havde 1 mm PZT-5H keramiske stænger med en keramisk volumenfraktion på ca. 0,08, og resultaterne viser, at konstruk- 25 tionsprocessen udviser god reproducerbarhed. Begge prøver var ca.
2 35 mm og 15 mm tykke med en kapacitans på ca. 80pF.
Tabel 1: Massivt piezoelektrisk keramisk materiale sammenlignet med et tofaset piezoelektrisk kompositmateriale.
30
Egenskab PZT-5H Tofaset kompositma- Enheder
Massiv teriale
Keramisk (PZT-5H 24% efter 35 Blok rumfang, Araldit MY763 76% efter rumfang)
DK 163762 B
9 dH = 45 84,6 pCN’1 gH = 1,48 19,0 10"3VmN-1 dHgH = 67 1610 10-1¾-1 5
Tabel 2: Egenskaber ved trefasekompositmaterialer (a) Eccogel 1365-80 epoxyharpiksmatrix (b) Hårdere epoxyindstøbningssammensætningsmatrix 10 end Eccogel
Keramisk Glas d^ g^ d^g^
Volumen- Volumen- jq-3 jq-15 15 fraktion fraktion pCN~* VmN”* Pa"* (a)_ 0,15 0,11 148 46,3 6850 0,20 0,13 199 54,1 10760 20 _
Keramisk Glas d^ g^ d^gn
Volumen- Volumen- 10~3 10" ® fraktion fraktion pCN”* VmN"* Pa"* 25 (b)_ 0,25 0,15 122 22,3 2710 0,30 0,16 125 16,1 2030 30
Tabel 3: Resultater opnået ved en trefasesammensætning fremstillet med glastrådforstsrkning.
35 dH = 50,5 pCN"1 gH = 45,5 (xlO"3)Vmn_1 dHgH = 2300 (xlO"15)Pa_1
DK 163762B
10
Tabel 4: Resultater opnået med to trefasekompositmaterialer fremstillet med "Automesh" glasfibernetforstærkning.
5
Egenskab Prøve 1 Prøve 2 Enheder dH = 71,8 71,2 i pCN 1 10 gH = 76,0 70,0 1 lO^VmN'1 dHgH = 5640 4990 lO'^Pa'1 15 Forstærkningsorganerne i alternative udførelsesformer indbefatter glasstænger, glasfibre, glastråde, Kevlar (varemærke) fibre eller andet stift fibermateriale eller kombinationer deraf indbefattende f.eks. stabelglasfibermåtte.
20 Det vil også forstås, at de ovenfor beskrevne typer af piezoelek-triske keramiske materialer kun er angivet som eksempler, da det er muligt at anvende andre typer af piezoelektriske materialer til den foreliggende opfindelses formål, såsom keramisk bariumtitanat og antimonsvovliodid.
25 30 35
Claims (10)
1. Fremgangsmåde til fremstilling af et piezoelektrisk komposit-materiale omfattende et system af piezoelektriske elementer (2) og 5 en forstærkningsstruktur, der er indlejret i et matrixmateriale (4), kend et egnet ved, at den omfatter dannelse af forstærkningsstrukturen forud for samling med de piezoelektriske elementer (2), idet forstærkningsstrukturen danner et system af huller (10) til modtagelse af de piezoelektriske elementer (2), indsætning af de 10 piezoelektriske elementer i systemet af huller gennem forstærkningsstrukturen og støbning af den resulterende struktur i matrix-material et for at danne det piezoelektriske kompositmateriale.
2. Fremgangsmåde til fremstilling af et piezoelektrisk komposit-15 materiale ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forstærkningsstrukturen har en netagtig udformning.
3. Fremgangsmåde til fremstilling af et piezoelektrisk komposit-materiale ifølge krav 2, kendetegnet ved, at forstærk- 20 ningsstrukturen er i form af et vævet net (22,24).
4. Fremgangsmåde til fremstilling af et piezoelektrisk komposit-materiale ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forstærkningsstrukturen er i form af en materialeplade (14), der har et 25 system af huller.
5. Fremgangsmåde til fremstilling af et piezoelektrisk komposit-materiale ifølge et hvilket som helst af kravene 2-4, kendete gn et ved, at et antal forstærkningsstrukturer (8,14) 30 samles til en stapel, hvis huller ligger på linie med hinanden, hvilken stabel danner en burlignende struktur, der har et system af huller til modtagelse af de piezoelektriske elementer (2).
6. Fremgangsmåde til fremstilling af et piezoelektrisk komposit-35 materiale ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forstærkningsstrukturen dannes ved samling af et antal plader af forstærkningsmateriale (14) til en stabel og dannelse gennem stablen af systemet af huller til modtagelse af de piezoelektriske elementer (2). 12 DK 163762 B
7. Fremgangsmåde til fremstilling af et piezoelektrisk komposit-materiale ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forstærkningsstrukturen dannes ved vævning af en streng (22,24) af forstærkningsfibermateriale til en flerlaget burlignende struktur. 5
8. Fremgangsmåde til fremstilling af et piezoelektrisk komposit-materiale ifølge et hvilket som helst af kravene 2-6, k e n d e t e gn e t ved, at der fremstilles et system af parallelle på linie med hinanden liggende piezoelektriske elementer (2), der 10 har indbyrdes afstande svarende til delingen mellem hullerne i forstærkningsstrukturen, hvilken forstærkningsstruktur placeres over de piezoelektriske elementer (2).
9. Piezoelektrisk kompositmateriale omfattende ét system af piezo-15 elektriske elementer (2) og en forstærkningsstruktur, der tilsammen er indlejret i et fælles materiale (4), kendetegnet ved, at i det mindste nogle dele af forstærkningsstrukturen strækker sig i to retninger i det væsentlige vinkelret på indstillingsretningen af de piezoelektriske elementer (2) til dannelse af et 20 piezoelektrisk kompositmateriale med en 3-1-2 konnektivitet, dvs. at matrixmaterialet er en tredimensionalt forbundet fase, at hvert af de piezoelektriske elementer repræsenterer en endimensionalt forbundet fase, og at hver forstærkning er en todimensionalt forbundet fase. 25
10. Piezoelektrisk kompositmateriale ifølge krav 9, kendetegnet ved, at hvert forstærkningselement indgriber med og er rettet ind i det væsentlige vinkelret på systemet af piezoelektriske elementer (2). 30 35
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB848431718A GB8431718D0 (en) | 1984-12-15 | 1984-12-15 | Piezoelectric composites |
| GB8431718 | 1984-12-15 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DK580785D0 DK580785D0 (da) | 1985-12-13 |
| DK580785A DK580785A (da) | 1986-06-16 |
| DK163762B true DK163762B (da) | 1992-03-30 |
| DK163762C DK163762C (da) | 1992-08-31 |
Family
ID=10571257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DK580785A DK163762C (da) | 1984-12-15 | 1985-12-13 | Piezoelektrisk kompositmateriale og fremgangsmaade til fremstilling af dette |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4876776A (da) |
| EP (1) | EP0186311B1 (da) |
| JP (1) | JPS61160983A (da) |
| AT (1) | ATE69333T1 (da) |
| AU (1) | AU572710B2 (da) |
| DE (1) | DE3584622D1 (da) |
| DK (1) | DK163762C (da) |
| GB (1) | GB8431718D0 (da) |
| GR (1) | GR853011B (da) |
| IE (1) | IE57174B1 (da) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8431718D0 (en) * | 1984-12-15 | 1985-01-30 | Plessey Co Plc | Piezoelectric composites |
| US5894651A (en) * | 1990-10-29 | 1999-04-20 | Trw Inc. | Method for encapsulating a ceramic device for embedding in composite structures |
| US5424596A (en) * | 1992-10-05 | 1995-06-13 | Trw Inc. | Activated structure |
| US6252334B1 (en) | 1993-01-21 | 2001-06-26 | Trw Inc. | Digital control of smart structures |
| US5525853A (en) * | 1993-01-21 | 1996-06-11 | Trw Inc. | Smart structures for vibration suppression |
| US5325011A (en) * | 1993-06-09 | 1994-06-28 | The United States Of America As Represented By The Asecretary Of The Navy | Transducers and method for making same |
| US5412854A (en) * | 1993-06-18 | 1995-05-09 | Humphrey Instruments, Inc. | Method of making a high frequency focused transducer |
| US5376859A (en) * | 1994-02-07 | 1994-12-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Transducers with improved signal transfer |
| US5818149A (en) * | 1996-03-25 | 1998-10-06 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Ceramic composites and methods for producing same |
| DE19814018A1 (de) * | 1998-03-28 | 1999-09-30 | Andreas Roosen | Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mit mindestens einer keramischen Komponente |
| US6441538B1 (en) * | 2000-05-19 | 2002-08-27 | Acuson Corporation | Ultrasound stacked transducer and method for stacking |
| DE10051784C1 (de) * | 2000-10-19 | 2002-08-14 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Elektromechanisches Funktionsmodul |
| DE10106057C2 (de) * | 2001-02-09 | 2003-08-21 | Eads Deutschland Gmbh | Piezokeramische Platte und Verfahren zum Herstellen derselben |
| US7109642B2 (en) * | 2003-11-29 | 2006-09-19 | Walter Guy Scott | Composite piezoelectric apparatus and method |
| GB0427052D0 (en) * | 2004-12-10 | 2005-01-12 | Univ Paisley The | Ultrawideband ultrasonic transducer |
| US20070055182A1 (en) * | 2005-07-20 | 2007-03-08 | Ust, Inc. | Thermally enhanced ultrasound transducer method |
| US7378779B2 (en) * | 2005-07-20 | 2008-05-27 | Ust, Inc. | Thermally enhanced piezoelectric composite system and method |
| US8446071B2 (en) * | 2005-07-20 | 2013-05-21 | Ust, Inc. | Thermally enhanced ultrasound transducer system |
| US7405510B2 (en) * | 2005-07-20 | 2008-07-29 | Ust, Inc. | Thermally enhanced piezoelectric element |
| US8237335B2 (en) * | 2005-07-20 | 2012-08-07 | Ust, Inc. | Thermally enhanced ultrasound transducer means |
| US20080023871A1 (en) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Methods of forming polymeric articles having continuous support structures |
| US7732998B2 (en) * | 2006-08-03 | 2010-06-08 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Telescoping cylindrical piezoelectric fiber composite actuator assemblies |
| DE102006040316B4 (de) | 2006-08-29 | 2012-07-05 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Piezokeramischer Flächenaktuator und Verfahren zur Herstellung eines solchen |
| WO2008049432A1 (en) * | 2006-10-27 | 2008-05-02 | Dupont Lightstone Aps | Display system integrateable into a building structure |
| US7804228B2 (en) * | 2007-12-18 | 2010-09-28 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Composite passive materials for ultrasound transducers |
| CN104795488B (zh) * | 2015-03-16 | 2018-08-31 | 苏州攀特电陶科技股份有限公司 | 高陶瓷含量压电陶瓷聚合物复合材料及其制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3070775A (en) * | 1959-10-16 | 1962-12-25 | Jr Daniel E Andrews | Electroacoustic piezoelectricpaste transducer |
| US3772419A (en) * | 1970-07-02 | 1973-11-13 | P Schoening | Method for producing non-metallic beam structures |
| DE3021449A1 (de) * | 1980-06-06 | 1981-12-24 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ultraschallwandleranordnung und verfahren zu seiner herstellung |
| US4412148A (en) * | 1981-04-24 | 1983-10-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | PZT Composite and a fabrication method thereof |
| DE3378393D1 (en) * | 1982-05-11 | 1988-12-08 | Nec Corp | Multilayer electrostrictive element which withstands repeated application of pulses |
| GB8431718D0 (en) * | 1984-12-15 | 1985-01-30 | Plessey Co Plc | Piezoelectric composites |
-
1984
- 1984-12-15 GB GB848431718A patent/GB8431718D0/en active Pending
-
1985
- 1985-11-25 DE DE8585308520T patent/DE3584622D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1985-11-25 EP EP85308520A patent/EP0186311B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-11-25 AT AT85308520T patent/ATE69333T1/de not_active IP Right Cessation
- 1985-12-02 AU AU50556/85A patent/AU572710B2/en not_active Ceased
- 1985-12-13 DK DK580785A patent/DK163762C/da not_active IP Right Cessation
- 1985-12-13 GR GR853011A patent/GR853011B/el unknown
- 1985-12-13 JP JP60279430A patent/JPS61160983A/ja active Granted
- 1985-12-13 IE IE3159/85A patent/IE57174B1/xx unknown
-
1988
- 1988-02-11 US US07/109,358 patent/US4876776A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU5055685A (en) | 1986-06-19 |
| DE3584622D1 (de) | 1991-12-12 |
| AU572710B2 (en) | 1988-05-12 |
| ATE69333T1 (de) | 1991-11-15 |
| US4876776A (en) | 1989-10-31 |
| IE57174B1 (en) | 1992-05-20 |
| GB8431718D0 (en) | 1985-01-30 |
| IE853159L (en) | 1986-06-15 |
| DK580785D0 (da) | 1985-12-13 |
| GR853011B (da) | 1986-04-15 |
| DK580785A (da) | 1986-06-16 |
| EP0186311A3 (en) | 1989-01-18 |
| EP0186311A2 (en) | 1986-07-02 |
| EP0186311B1 (en) | 1991-11-06 |
| JPS61160983A (ja) | 1986-07-21 |
| DK163762C (da) | 1992-08-31 |
| JPH0553077B2 (da) | 1993-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DK163762B (da) | Piezoelektrisk kompositmateriale og fremgangsmaade til fremstilling af dette | |
| CA2636880A1 (en) | Composite structure having reinforced core and method of making same | |
| CN103415722B (zh) | 纤维增强塑料制弹簧 | |
| CN105405964A (zh) | 一种压电纤维复合结构层的制备方法 | |
| JP6190064B2 (ja) | 複合成形体の製造方法、複合成形体、サンドイッチコンポーネント、ロータブレードエレメントおよび風力発電装置 | |
| Safari et al. | Development of fine‐scale piezoelectric composites for transducers | |
| WO2011012587A1 (en) | Process for the production of a core with integrated bridging fibers for panels made of composite materials, panel that is obtained and device | |
| CN111976172A (zh) | 一种碳纤维和玻璃纤维混合拉挤材料、生产方法及制品 | |
| CA2299016A1 (en) | Sheet of filtration, separation or reaction elements, a module comprising such a sheet, and methods for producing the sheet and module | |
| DK2459362T3 (da) | Fremgangsmåde til fremstilling af en kerne med integrerede forbindende fibre til paneler af kompositmateriale, panel tilvejebragt derved, samt apparatur | |
| CN102789864B (zh) | 弹性超导磁体骨架及制作方法 | |
| CN111794900B (zh) | 风力涡轮机叶片的梁、风力涡轮机叶片、风力涡轮机及制造风力涡轮机叶片的梁的方法 | |
| JPH0235708B2 (da) | ||
| CN217861801U (zh) | 一种局部正交的重组竹构件 | |
| KR100846052B1 (ko) | 다층 구조를 가지는 2-2 압전 복합 초음파 발진자 및제조방법 | |
| EP0034453A1 (en) | Process and apparatus for the manufacture of cellular composites | |
| US4221622A (en) | Method of obtaining fibre substrates intended for the production of composite bodies | |
| JPH04113832A (ja) | ハニカムコアーの構造 | |
| CN112469551B (zh) | 用于制造由复合材料制成的部件的方法 | |
| JP3542141B2 (ja) | 炭素繊維多孔質電極 | |
| JP2534936B2 (ja) | ４軸３次元配向材及び複合材料 | |
| JPH04331811A (ja) | Ｃ／ｃ製転造ねじおよびその製造方法 | |
| US3839133A (en) | Transformer insulating end ring | |
| EP3538357A1 (en) | Cores for composite material sandwich panels | |
| JP6832536B2 (ja) | プリプレグ積層体及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PBP | Patent lapsed |