【正文】 low material waste。作者要感謝Hong Pham女士提供的技術援助，以及材料研究實驗所的Tomas Shrout博士，賓州州立大學所做的電器測量工作。表1比較了使用粉末制造商準備好的那些被報道的用于模壓的5H壓電陶瓷樣品注射成型壓電陶瓷樣品的壓電和介電的性能。在燒結這些合成物型坯時沒有遇到任何控制重量減輕的問題，甚至是那些用于高頻超聲的高尺寸精度，高表面質(zhì)量的型坯。關鍵的參數(shù)包括：壓電陶瓷/裝夾工具之比，壓電元件的直徑和錐度，壓電陶瓷基本軸向厚度，工具表面的磨光，以及成型零件的脫模機構的設計。因此，此方法在替代制造路線上提供了很大優(yōu)勢：復雜，能夠同時處理許多纖維的近似網(wǎng)狀；快速的生產(chǎn)能力(通常是一部分幾秒)；統(tǒng)計過程控制的兼容性；材料的低浪費；有關傳感器設計的柔性(允許PZT中元素空間和形狀的變化)；以及在中量至大量之間的低成本。過程描述注塑成型被廣泛應用于塑料行業(yè)作為一種較低成本、形狀復雜的迅速大規(guī)模生產(chǎn)。對于極其精密尺度的復合材料，纖維的直徑大約為20至100微米，長寬比大于5以滿足裝置性能需要的目標。除了這種材料所展示出的性能優(yōu)勢，賓州州立大學的工作所凸顯的問題涉及合成物的大規(guī)模制造或者甚至以原型為目的。本文簡要概覽了陶瓷注射成型過程的關鍵細節(jié)，并且記敘了制造壓電陶瓷/聚合物復合材料的步驟及方法論。注射成型壓電陶瓷的設備和應用程序都是區(qū)別于傳統(tǒng)的材料的加工。這些是：(1)在通過聚合物封裝時大量的壓電陶瓷光纖的庫存和供給需求。因此，這些困難再加上額外的成型與處理龐大數(shù)量且無缺陷的極其精細的纖維的挑戰(zhàn)。此種方法最適合應用于陶瓷小截面形狀，例如線程導向，以及無需燒結至很高密度的大而復雜的形狀，如渦輪機的葉片鑄造插入。一般來說，由于最初加工的高成本，陶瓷注射成型的方法是最適用于復雜形狀的構成，需要低成本大批量。為了評估這些工藝參數(shù)而不承擔過多的工藝成本，一種工具的設計根據(jù)實驗目的采用只有兩排的各自19個壓電陶瓷要素。 圖3 注射成型13預成型合成物 圖4 電子顯微鏡掃描PZT表面圖4說明了表面為壓模和作為燒結的纖維，顯示出大約10um寬的存在的淺的折線，這是在注射成型過程中特有的。當燒結條件最優(yōu)于壓電陶瓷5H的條件，壓電和介電的性能都較所有材料有可比性。參考文獻[1] R. E. Newnham等著，《復合壓電式傳感器》，材料工程，第二卷，93106頁，1980年12月出版[2] C. Nakaya等著，IEEE超音波專業(yè)座談會，1985年十月1618日。 flexibility with respect to transducer design (allows variation in PZT element spacing and shape)。 patibility with statistical process control。致謝 這項工作由海軍研究事務所的Stephen ?；厥諒秃衔锖统尚偷牟牧纤坪跏峭耆尚械?，并且結果大大提高材料的利用率。最后，燒壞的粘合劑被燒結在一個理論值在9798%的富含氧化鉛的氣體中。圖2c所示如何配置個別的預加工的成品以形成大批生產(chǎn)在實踐中，材料和成型參數(shù)必須最優(yōu)化并成型工具的設計相結合以實現(xiàn)在成型后完整的脫模。一旦型腔移除，隨后點火，極化并且環(huán)氧樹脂的封裝過程是和那些常規(guī)壓電陶瓷/復合材料類似。除了這個優(yōu)勢，該方法使得比那些以前的設想具有更復雜陶瓷元素幾何的復合傳感器成為可能，以致產(chǎn)生了為提高聲阻抗匹配性的更高的設計柔性以及橫向模式的取消。另外的一項探索技術涉及復制多孔織物已經(jīng)有適當?shù)倪B通性。 賓州州立大學復合物的制備是通過在一個跳汰機和封裝環(huán)氧樹脂中手調(diào)擠壓壓電陶瓷棒，之后限制適當?shù)暮穸炔O化陶瓷。作為美國海軍研究局的資助計劃的一部分，旨在開發(fā)針對這些合成物且具有成本效益制造技術，材料系統(tǒng)正在尋求一種陶瓷制造方法的注射成型。緒論壓電陶瓷/聚合物復合材料提供了設計的多功能性和性能優(yōu)勢，在遙感和驅(qū)動應用方面都超越單獨的陶瓷與聚合物的壓電材料。(2)在極化過程中發(fā)生率高的介電擊穿是起于在一個典型的大型陣列遇到一個或多個有缺陷的纖維的顯著概率。最近，西門子公司的研究人員表明非常精密尺度的復合材料可以通過一種不定的模具技術來制造。最近，這種方法已被研究用作生產(chǎn)熱發(fā)動機渦輪部件的技術。 圖1 注射成型過程流程 圖2 制作合成物的預成型方法 合成物的制造及評價制造13壓電復合材料的方法如圖2a所示，這闡述了使用一個完整的陶瓷胚型到纖維定位作用的壓電陶瓷預先成型的概念。每一行的要素都包括三個錐角(0，1和2度)以及兩個直徑()。那個沿其長度方向顯現(xiàn)出微小孔型設計的纖維取決于從工具中的脫模過程。當壓電陶瓷5H的原料物質(zhì)被考慮到受注射成型設備污染鐵的敏感性，這些有關的測量方法對于這種注射成型的壓電陶瓷材料可以忽略這類污染。P634[3] S. D. Darrah等著，《大面積壓電復合材料》關于活性物質(zhì)和構造的ADPA會議，亞歷山德里亞，十一月48日，1991年，埃德。 and low cost in moderate to high volumes. In general, because of the high initial tooling cost, the ceramics injection molding process is best applied to plexshaped ponents which require low cost in high volumes. Figure 1 : Injection Molding Process Route. Figure 2: Preform Approach to Composite Fabrication.Composite Fabrication and EvaluationThe approach taken to fabricate 13 piezoelectric posites is shown in Figure 2a, which illustrates a PZT ceramic preform concept in which fiber positioning is achieved using a comolded integral ceramic base. After polymer encapsulation the ceramic base is removed by grinding. Aside from easlng the handling of many fibers, this preform approach allows broad latitude in the selection of piezoelectric ceramic element geometry for posite performance optimization. Tool design is important for successful injection molding of piezoelectric posites. The approach shown in Figure 2b uses shaped tool inserts to allow changes in part design without incurring excessive retooling costs. Figure 2c shows how individual preforms are configured to form larger arraysIn practice, material and molding parameters must be optimized and integrated with injection molding tool design to realize