压电复合阻尼减振材料和压电复合吸声降噪材料中压电陶瓷应用形态研究

压电复合阻尼减振材料和压电复合吸声 降噪材料中压电陶瓷应用形态研究① 梁瑞林1 ,常　乐1 ,王党朝1 ,高　超1 ,韩兆芳1 ,丁国芳2 (1. 西安电子科技大学 ,陕西西安　710071 ; 2. 中国物理研究院 ,四川绵阳　621900) 摘要 :我们曾经将压电陶瓷粉体复合到传统的吸声降噪材料与阻尼减振材料中 ,制作出了性 能更好的新型吸声降噪材料和新型阻尼减振材料 ;而且还发现废品压电陶瓷的粉体与正品压 电陶瓷的粉体具有相同的功效 [1～4 ] ,了它们同样发挥压电效应的原因。 关键词 :压电陶瓷 ;废品 ;复合材料 ;阻尼减振 ;吸声降噪 1 　前言 我们[1～4 ]曾经将压电陶瓷粉体复合到传统 的吸声降噪材料与阻尼减振材料中 ,使得在传统 的吸声降噪机理与传统的阻尼减振机理得以继 续保留的基础上 ,又增加了将声能或者振动机械 能转变为电能的压电效应和将电能转变为热能 的焦耳定律 ,制作出了性能更好的新型吸声降噪 材料和新型阻尼减振材料 ,开创了压电陶瓷应用 的新领域。在该项应用研究中还发现 ,废品压电 陶瓷的粉体与正品压电陶瓷的粉体在应用于新 型吸声降噪材料和新型阻尼减振材料时 ,具有相 同的功效 ,这就为至今为止尚未找到应用出路的 压电陶瓷废品打开了一扇应用之门。 本文分析了压电陶瓷的废品特征不影响其 在新型吸声降噪材料和新型阻尼减振材料中发 挥压电效应的原因。 2 　压电陶瓷粉体在新型吸声降噪材料和新型阻 尼减振材料中使用不受其废品特征影响的原因 分析 2. 1 　压电陶瓷生产中产生废品的原因 在压电陶瓷的生产过程中 ,极化和测量等工 序都会剔除废品。这些压电陶瓷成为废品的原 因包括 : ①损耗系数过大 ; ②压电系数太小 ; ③瓷片局部击穿 ; ④瓷片破损。 总之 ,这些原因都使得它们无缘压电器件的 制作。 2. 2 　在压电复合阻尼材料中使用的压电陶瓷废 品粉体粒度分析 既然在新型吸声降噪材料或者新型阻尼减 振材料中所使用的都是压电陶瓷的粉体 ,因此对 于压电陶瓷废品粉体粒度的分析 ,找出了它在新 型吸声降噪材料和新型阻尼减振材料中能够不 受其废品性质的影响 ,而和压电陶瓷正品粉体一 样 ,能够对改善阻尼减振系数和吸声降噪性能做 出贡献的原因。 利用LS - POP Ⅲ型激光粒度分析仪对 PZT 粉体粒度分析的结果示于图 1 和表 1。 从图 1 和表 1 中可以看到 ,80 %以上的颗粒 集中于 1～3μm 之间 ,大于 3μm 的颗粒仅占有 很小的比例。 2. 3 　压电陶瓷的废品属性不影响其使用的原因 分析 如上所述 ,压电陶瓷成为废品的原因 ,要么 是因为损耗系数过大 ,要么是因为压电系数太 小 ,要么是瓷片局部击穿 ,要么是瓷片破损。但 是 ,这些原因都没有影响它们在新型吸声降噪材 料和新型阻尼减振材料中的应用。 93 《再生资源研究》2004 年第 6 期 综合利用 ① 基金项目 :国家自然科学基金委员会 - 中国工程物理研究院联合基金资助项目 (批准号 10276031) 。 图 1 　压电陶瓷粉体的粒度分布图 表 1 　压电陶瓷粉体的粒度分布表 粒径 /μm 微分分布 / % 累积分布 / % 粒径 /μm 微分分布 / % 累积分布 / % 粒径 /μm 微分分布 / % 累积分布 / % 0. 20 0. 24 0. 28 0. 33 0. 39 0. 46 0. 55 0. 65 0. 77 0. 91 1. 08 1. 28 1. 51 1. 79 0. 21 0. 32 0. 47 0. 70 1. 03 1. 52 2. 23 3. 23 4. 62 6. 46 8. 75 11. 29 13. 58 0. 21 0. 53 1. 00 1. 70 2. 73 4. 25 6. 48 9. 71 14. 33 20. 79 29. 53 40. 83 54. 41 2. 12 2. 50 2. 96 3. 51 4. 15 4. 91 5. 81 6. 88 8. 14 9. 64 11. 41 13. 50 15. 98 18. 91 14. 70 13. 61 10. 02 5. 27 1. 70 0. 27 0. 02 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 69. 11 82. 72 92. 74 98. 01 99. 71 99. 98 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 22. 4 26. 5 31. 3 37. 1 43. 9 52. 0 61. 5 72. 8 86. 1 101. 9 120. 6 142. 8 169. 0 200. 0 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00 　　损耗过大的压电陶瓷仅说明陶瓷本身无法 保持电荷 ,使得通过压电效应而产生的大部分电 荷 ,都通过陶瓷本身的损耗 ,而变成了热能而耗 散掉了。然而 ,我们在利用压电陶瓷废品制作新 型阻尼材料的过程中 ,不是将压电效应所产生的 电荷引导到阻尼材料外部的电路来使用。阻尼 材料因为压电陶瓷的损耗过大而造成的热耗散 过程 ,与新的压电复合阻尼减振理论并不矛盾。 压电系数的差异对新型阻尼材料的影响不 明显 ,这是因为新的阻尼理论对于压电系数的要 求并不严格。众所周知 ,压电陶瓷压电系数的大 小与压电陶瓷振动模式的取向有关 ,或者说与电 畴的取向有关。可是 ,在新型压电阻尼橡胶内 部 ,每个压电陶瓷微粒中电畴的取向都是随机 的 ,这就使得压电系数的差异对阻尼系数的影响 表现得不那么明显了。 从图 1 的测量结果可以看出 ,新型压电复合 阻尼橡胶中的压电陶瓷粉体颗粒的粒径主要集 中在 1～3μm ,其大小刚好与电畴的大小相当。 换句话说 ,除了一些本来就不具备压电效应的颗 粒外 ,其它那些具有压电效应的颗粒都差不多就 是一个单独的电畴 ;而这些一个个孤立存在的电 畴 ,都会互不影响地完成各自的机 —电转换过 程。个别被击穿的颗粒 ,也无法将其它颗粒所产 生的电荷给旁路掉。那些在极化过程中被击穿 的压电陶瓷 ,也只是局部的点击穿。而这种局部 击穿点 (通常只有一点) ,即使有多点 ,在这些不 计其数的压电陶瓷粉体微粒当中 ,被击穿的颗粒 数目也还不及九牛之一毛。换句话说 ,正品压电 陶瓷材料的粉体与废品压电陶瓷材料的粉体 ,在 04 综合利用 《再生资源研究》2004 年第 6 期 新型压电复合阻尼橡胶中表现不出什么明显的 差异。 压电陶瓷废品在新型压电复合阻尼材料中 的使用形态是粉体 ,也就是说 ,即使是块状的、或 者片状的压电陶瓷 ,在新型阻尼材料中使用时 , 也要进行粉碎。所以当把破损的瓷片粉碎为粉 体后 ,与非破损瓷片粉碎成的粉体并没有什么区 别。或者说 ,用非破损压电陶瓷片粉碎后而制成 的粉体能够完成的功能 ,破损压电陶瓷片粉碎成 的粉体也肯定都能够完成。 3 　结论 (1)将压电陶瓷材料粉体应用于新型吸声降 噪材料和新型阻尼减振材料 ,有利于提高声学领 域里的降低噪声或者机械学领域里的阻尼减振 性能。 (2)这种压电陶瓷粉体可以由压电陶瓷废品 加工而成。压电陶瓷粉体的废品属性不影响它 在阻尼材料中的应用。 参考文献 : [1 ]梁瑞林 ,韩兆芳 ,丁国芳. 压电复合阻尼沥青. 电子科 技 ,2003 (23) :39～40. [2 ]梁瑞林 ,常乐 ,高超 ,等. 压电陶瓷废品在阻尼减振材 料中的应用. 再生资源研究 ,2004 (2) :37～38. [3 ]梁瑞林 ,王党朝 ,高超 ,等. 现代电子技术中的压电复 合减震技术现代电子技术 ,2004 (15) . 13～14. [4 ]梁瑞林 ,高超 ,王党朝 ,等. 压电陶瓷废品对氯化丁基 橡胶阻尼减振材料的影响. 再生资源研究 ,2004 (4) : 23～24. (收稿日期 :2004 - 10 - 30) The study of shape in application of piezoelectric ceramics to mechanical damping compound and sound absorptive compound LIANG Rui - lin1 , CHANG Le1 , GAO Chao1 , WANG Dang - chao1 , HAN Zhao - f ang1 , DING Guo - f ang2 (1. Xidian University , Xian , 710071 ,China ; 2. China Academy of Engineering Physics , Mianyang , 621900 ,China) Abstract :The Powder of Piezoelectric Ceramic Is Compounded into Traditional Sound Absorptive Compound or / and Traditional Mechanical Damping Compound by Liang[1 - 4 ] . A New Type of Sound Absorptive Compound or / and a New Type of Mechanical Damping Compound with Better Property Is Made. In This Process on Apply , a Same Efficacy on the Powder of Piezoelectric Ceramic Waster and Powder of Piezoelectric Ceramic Quality Goods Is Found. The Reasons Exerting Same Efficacy by Both Is Analyzed. Keywords :Piezoelectric Ceramics ; Master ; Compounds ; Mechanical Damping ,Sound Absorptive (上接第 22 页) 虽然部分城市发布了禁用法令 ,但大都缺乏执法 依据或处罚力度不大 ,而且由于现阶段降解技术 不成熟 ,全面禁止生产发泡餐具后 ,替代产品跟 不上 ,因此发泡餐具从未在市场上消失过 ,甚至 有回潮趋势。如北京从 2001 年全面禁用一次性 发泡塑料餐具后 ,市场至今仍有大量发泡塑料餐 具且不再有人回收 ,污染反而较 2000 年前加剧 , 这就让很多环保人士开始重新思考 ,全面“禁白” 是否需要修订。 白色污染治理对策研讨会后 ,专家们得出这 样一个共识 :鉴于目前降解技术不成熟 ,因此主 推回收利用、降解替代并行、减少塑料包装用量 是当前“治白”的最可行方法。而且由于我国石 油资源紧缺 ,加强废旧塑料的回收利用对我国经 济的可持续发展具有积极意义。就此 ,参会的人 大代表表示将向上反映 ,再商榷定夺原有的“禁 白”法令 ,使其符合当前的实际情况和市场规律。 同时 ,与会专家呼吁 ,应当尽快制订有关包装废 弃物治理的全国性法律法规来代替简单的行政 命令 ,同时利用经济杠杆来协调回收市场 ,最终 形成“法规支持、市场运作、科学治理、人人参与” 的运行机制 ,以彻底有效地解决各种废塑料对环 境造成的污染以及资源的浪费。 (摘自《中国化工报》,2004 - 11 - 07 (3) ) 14 《再生资源研究》2004 年第 6 期 综合利用