نمونه‌سازی کامپوزیت‌های پیزوسرامیک-پلیمر با روش ریخته‌گری محلولی جهت استفاده در ترانسدیوسرهای آکوستیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

چکیده

با توجه به اینکه پیزوکامپوزیت‌های با الگوی اتصال 3-0 انعطاف پذیری خوبی داشته و در ترانسدیوسرهای زیرآبی کاربرد دارند، این تحقیق ضمن مطالعه روش‌های مختلف ارائه ‌شده جهت ساخت مواد پیزوکامپوزیت که اغلب در مرحله توسعه و نوآوری قرار دارند؛ با بررسی ویژگی‌ها، مزایا و معایب هر روش، روش تلفیقی و کم‌ هزینه‌ای جهت ساخت پیزوکامپوزیت‌های نوع 3-0 با قابلیت استفاده برای طیف وسیعی از مواد پلیمری ارائه کرده است. با استفاده از این روش پیزوکامپوزیت‌های PZT/EP و PZT/EP+TPU با درصدهای وزنی شامل 30 تا 70 درصد PZT ساخته شد. برای این کار ابتدا پودر PZT با رزین اپوکسی ترکیب و به‌منظور پراکنده‌‌سازی یکنواخت در زمینه پلیمر، از همزن مغناطیسی استفاده گردید. پس از افزودن هاردنر به محلول، جهت پراکنده‌سازی بهتر و جلوگیری از چسبندگی ذرات پیزوسرامیک به همدیگر در زمینه پلیمر، از همزن التراسونیک استفاده گردید. پس از افزایش ویسکوزیته محلول، مجدد از همزن مغناطیسی استفاده گردید. سپس محلول را درون قالب ریخته و در ظرف دسیکاتور متصل به پمپ خلأ قرار داده تا فرایند حباب‌زدایی محلول انجام شود. پس از تکمیل فرایند پلیمریزاسیون، نمونه‌ها خشک شده و فرآیند پخت آن‌ها تکمیل گردید. پیزوکامپوزیت‌ها پس از پولیش‌کاری، با استفاده از لایه مسی الکترودگذاری شدند. در مرحله آخر، فرآیند قطبی‌سازی با استفاده از روش تخلیه کرونا انجام شد. نتایج آنالیزهای XRD، FT-IR و SEM بررسی گردید و پیزوکامپوزیت‌های ساخته شده را به جهت اطمینان از صحت مراحل ساخت، الکترود‌گذاری، قطبی‌سازی و همچنین عملکرد صحیح خاصیت پیزوالکتریک، به-صورت متناوب تحت تنش قرار داده و ولتاژ خروجی به‌وسیله اسیلوسکوپ مشاهده گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Prototyping of piezoceramic-polymer composites using Solution Casting method for use in acoustic Transducers

نویسندگان [English]

  • Mohammad Sadeghi kia 1
  • Hamid Ghasemi meyghani 2
1 Mechanical Engineering Department, Arak University of Technology, Arak, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
چکیده [English]

Since piezocomposites with 0-3 connectivity are flexible and commonly used in acoustic transducers, we review some of their fabrication methods, which are mainly under the development stage, and evaluate cons and pros of each method. We then suggest a budget type solution casting method to prototype 0-3 piezocomposites which can be used with a wide range of polymeric materials. Using this method, we fabricate PZT/EP and PZT/EP+TPU piezocomposites with PZT weight fractions from 30 to 70 percent. First, PZT powder was mixed with the epoxy resin, and a magnetic stirrer was used to achieve a uniform dispersion of PZT particles in the polymer. After adding the hardener to the solution, a sonicator were used to avoid agglomeration of PZT particles and prepare a uniform solution. The solution was then poured it into a mold and placed in a desiccator container, connected to a vacuum pump, to perform the degassing process. After the polymerization process was completed, samples were dried to complete the curing process. After polishing, the copper electrode plates were placed on both sides of the piezocomposite elements. Finally, the polarization process was performed using the corona discharge method. The results of XRD, FT-IR and SEM analysis depict the uniform dispersion of the PZT particles within the polymer. The prototyped specimens generate electric charge, measured by an oscilloscope, under a dynamic loading.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Piezoelectric
  • Piezoceramic
  • Piezocomposite
  • Acoustic transducer