压电陶瓷/金属阻尼复合材料的制备与性能研究

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以铜粉和超细BaTiO3粉体为原料,采用球磨混粉、冷压成型、热压烧结工艺制备了BaTiO3/Cu复合材料;采用非自发形核表面淀积工艺对超细BaTiO3粉体实施了Cu2O包覆处理,并制备了Cu2O包覆BaTiO3/Cu复合材料。采用XRD、OM、SEM、EDS、XPS对复合材料的显微组织进行了研究;采用室温拉伸、室温压缩等方法研究复合材料的力学性能,采用SEM对断口形貌进行了分析;采用动态机械分析仪(DMA)对复合材料的温度阻尼特性、温度储能模量特性和应变阻尼特性进行了测试,并分析了不同体系复合材料阻尼产生机制。对BaTiO3/Cu和Cu2O包覆BaTiO3/Cu复合材料的SEM和EDS分析表明,当BaTiO3陶瓷颗粒含量较低时,颗粒分布均匀弥散,界面结合良好,随着含量增加,陶瓷颗粒倾向于连接成三维网状结构;Cu2O覆层包裹完整,覆层无杂质,包覆后陶瓷粉体的尺寸约为0.31.5μm。对于Cu2O包覆BaTiO3/Cu复合材料,当陶瓷含量较低时,提高抗拉强度随陶瓷含量增加而提高;延伸率随陶瓷含量增加呈下降趋势;抗压强度随陶瓷含量增加略有降低,而相对压缩率下降显著。从断口形貌分析,低陶瓷含量的复合材料具有局部韧性断裂的特征。BaTiO3/Cu复合材料的温度阻尼特性为:在室温130℃,材料的内耗值几乎不随温度变化,超过130℃内耗值大幅下降,且低频时内耗值与温度的依赖关系更为明显;Cu2O包覆BaTiO3/Cu复合材料温度阻尼特性为:内耗值随温度升高先减小,超过120℃大幅增加,且随频率增加阻尼性能提高;两者的应变阻尼特性均为:随应变增加阻尼显著提高。压电陶瓷/阻尼复合材料存在位错阻尼、界面阻尼、氧缺位耗散和压电—导电耗散机制。高陶瓷含量的BaTiO3/Cu和Cu2O包覆BaTiO3/Cu复合材料中均出现在应力诱导下氧缺位扩散所致的内耗的极大。在Cu2O包覆BaTiO3/Cu复合材料中,压电—导电内耗机制的理论温度阻尼特性与真实温度阻尼特性在BaTiO3居里点以下有较好的对应和一致性,证明了压电—导电内耗机制在室温附近是该复合材料的主要内耗机制。
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