PZT基NiTi SMA-PZT復(fù)合材料的制備及其力、電性能.pdf

1、鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷具有非常穩(wěn)定的壓電效應(yīng)，高的機(jī)電耦合系數(shù)、較好機(jī)械品質(zhì)因子，在作為傳感器、驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用時(shí)，具有高靈敏度、低電噪聲等優(yōu)勢(shì)，但由于其力學(xué)性能較差，嚴(yán)重限制了它的應(yīng)用范圍。為了充分發(fā)揮PZT的性能優(yōu)勢(shì)，改善其力學(xué)性能，本文嘗試將PZT與NiTi SMA薄膜復(fù)合，用NiTi SMA增強(qiáng)PZT，從而制備PZT基NiTi SMA/PZT異質(zhì)復(fù)合材料，為PZT的應(yīng)用開拓新空間。
　　 本文采用磁控濺射法直接在PZT基體上沉

2、積NiTi SMA薄膜，再經(jīng)晶化處理而制備NiTi SMA/PZT復(fù)合材料；借助SEM、EDS、和XRD等手段，通過研究基體預(yù)熱溫度、氬氣工作壓強(qiáng)、濺射功率、基體表面狀態(tài)、不同加熱方式、晶化處理溫度、保溫時(shí)間等因素對(duì)NiTi SMA薄膜表面形貌、NiTi SMA/PZT復(fù)合材料膜基結(jié)合狀態(tài)、沉積速率、NiTi SMA與PZT基體之間的成分?jǐn)U散和NiTi SMA薄膜物相組成的影響，以確定適宜的復(fù)合材料制備工藝；使用顯微硬度計(jì)測(cè)試NiTi

3、SMA/PZT復(fù)合材料的耐壓性能，定性分析NiTi SMA薄膜與PZT基體之間的結(jié)合強(qiáng)度；采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)試NiTi SMA/PZT復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度，分析NiTi SMA對(duì)PZT力學(xué)性能的影響；使用ZJ-3A型準(zhǔn)態(tài)儀、Automatic LCR Meter4225測(cè)試NiTi SMA/PZT復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33，機(jī)電耦合系數(shù)Kp，介電損耗tgδ，考察NiTi SMA薄膜對(duì)PZT壓電性能的影響。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基體經(jīng)過

4、嚴(yán)格清洗，基體預(yù)熱溫度為150℃，氬氣工作壓強(qiáng)0.7Pa，濺射功率150W時(shí)制備出的NiTi SMA薄膜表面空洞、縫隙等缺陷較少，顆粒均勻，膜基結(jié)合狀態(tài)較好，薄膜沉積速率適宜；采用兩步法晶化處理的NiTi SMA薄膜與基體之間的成分交換范圍較??；使NiTi SMA薄膜晶化顆粒尺寸均一，缺陷較少，膜基之間結(jié)合緊密的晶化溫度為600℃，保溫室間為30min。
　　 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，所制備的NiTi SMA/PZT復(fù)合材料所承受

5、的最大壓力為100gf，結(jié)合力約為0.49N； NiTi SMA復(fù)合材料的抗彎曲強(qiáng)度比純PZT提高22.9％。
　　 所制備出的NiTi SMA/PZT復(fù)合材料與純的PZT相比，壓電常數(shù)d33提高0.03％，機(jī)電耦合系數(shù)Kp提高0.28％，介電耦合系數(shù)tg8降低0.76％。NiTi SMA薄膜與PZT基體之間良好的界面結(jié)合結(jié)構(gòu)及界面附近存在源自膜/基間晶格差異的約束應(yīng)力，有利于電偶極子的定向運(yùn)動(dòng)，保障了PZT基體壓電性能的充分發(fā)