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1-3球冠形压电复合材料既继承了平面型压电复合材料声阻抗数值低、瞬态响应级数高以及机电耦合系数大等特点,又可以在水平方向与垂直方向实现高频、大开角发射,并且由其制备的水声换能器声信号传播距离远、信号强度高,在有效辐射面内能满足宽波束发射的要求,对海洋监测与资源的开发具有十分重要的意义。本文通过有限元模型对1-3球冠形压电复合材料内部的结构参数与其机电性能和振动模态等性能之间的相关性进行了深入的研究,采用改进的排列-浇注法制备了1-3球冠形压电复合材料并将实验结果与理论相结合。结果表明:实验结果能够有效的验证有限元结果。PZT体积分数增大时,1-3球冠形压电复合材料的εr与d33呈现增大趋势,而tanδ与g33逐渐减小,同时谐振频率和谐振点电导峰值均增大。随着PZT宽高比的增大,1-3球冠形压电复合材料的εr逐渐减小,tanδ逐渐增大,但谐振频率和压电性能的变化程度十分微弱。1-3球冠形压电复合材料的介电、压电性能与谐振频率不受PZT柱基元个数影响,但基元个数数量增多使得谐振点电导峰值增大。在-20oC-60o C的环境温度范围内,1-3球冠形压电复合材料具有较好的温度稳定性。在利用化学镀方法对压电复合材料表面施镀电极的过程中,当施镀温度为40oC,施镀时间为9min-11min时,镀层表面电极最致密、匀和,电极厚薄最合适,性能最好。对1-3球冠形水声换能器建立有限元模型并系统的研究了其结构参数与其指向性以及发射电压响应性能之间的相关性,随后以1-3球冠形压电复合材料为功能元件制备了1-3球冠形水声换能器,并将实验结果与理论相结合。结果表明:1-3球冠形水声换能器的-3 dB开角均远远大于平面型水声换能器;随着PZT体积分数的增加,1-3球冠形水声换能器在水平与垂直方向开角与发射电压响应峰值逐渐增大。当PZT体积分数为70.6%时,水声换能器-3 dB开角与发射电压响应峰值达到最大值,性能最佳;PZT柱宽高比对于换能器指向性性能影响较小,水声换能器水平与垂直方向-3 dB开角指向性均大于30o,当PZT柱宽高比为0.57时,换能器指向性最好,发射电压响应曲线最为稳定。