niti+smapzt复合材料的制备及阻尼特性研究

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1、摘要本论文采用溶胶一凝胶法(Sol—Gel)在NiTi形状记忆合金(SMA)基体上沉积PbZrTi03(PZT)铁电陶瓷薄膜而制备NiTiSMA／PzT复合材料。探讨了用柠檬酸代替有机醚制备PZT先驱体的反应机理。通过对不同烧结温度下试样的XRD图谱分析，讨论了烧结温度对铁电陶瓷层晶化过程的影响。使用光学和扫描电子显微镜及能谱对复合材料结构进行了分析。比较具有三种不同界面状态的NiTiSMA基体对PZT铁电陶瓷层沉积的影响。用悬挂共振法研究了NiTiSMA／PZT复合材料和NiTiSMA的阻尼性能随振动频率及振幅变化的规律。比较了NiTiSMA和Ni

2、TiSMA／PZT复合材料阻尼值的差异，从相界、畴界的运动等方面探讨了NiTiSMA／PzT复合材料的阻尼机理。实验表明，650．jC为较佳的烧结温度。在此温度下陶瓷层中无焦绿石相出现，组织中的主要组成相是铁电陶瓷Prrz相；在NiTis姒表面原位氧化生成的Ti02陶瓷层过渡层增强了NiTis姒与PzT铁电陶瓷的结合。较机械抛光和氧化处理，具有表面腐蚀状态的NiTiSllA基体与PZT陶瓷层的结合较好。NiTiSMA／PZT复合材料的阻尼特性较NiTiSMA有明显的变化：在频率响应方面，NiTisMA／PzT复合材料的响应频率明显加宽，从NiTiSM

3、A的O～7Hz增大到了O～20Hz，而阻尼水平也有了较大的提高；对于NiTiSMA和NiTis姒／PzT复合材料来说都存在一个临界振幅，当振幅小于该临界值，阻尼随振幅的增大而显著增大，当振幅大于该临界值时，随振幅的增大阻尼值变化趋于平缓，然而，前者的临界振幅(激振电压)仅为0．5v，而后者为1．ov，表明后者能承担更大的载荷。NiTiS姒／PzT复合材料的阻尼机制来自NiTiSMA与PZT两种材料的综合，既包括口：母相／马氏体的界面运动，又包含PzT铁电陶瓷的畴界运动：更重要的是应力波在复合材料内部传递时PZT铁电陶瓷层产生的正、逆压电效应强化了Ni

4、TiS姒／PzT复合材料的阻尼。关键词：NiTiSMA／PZT，Sol-(；el法，晶化，组织结构，阻尼特性Abstracthltllispaper．PZTpiezoelectricceramicsarepreparedbysol—gelontheNiTiSMAsubstrate．ThenewmechanismsofcitricacidwhichreplacesorganicetherinpreparationofPzTprecursorarestudied．Theeffectofditierenttemperaturestocrystallizat

5、ionofPZTferroelectricceramicsisdiscussedbyanalyzingtheX．raydiffractionpeaks．ThestructureoftheNiTiSMA／PZTcompositematerialiSstudiedbyopticalmicroscopeandSEM．TheeffectofthethreedifierentinterracestatesofNmSMAtothecombinationofNi砸SMAandPZTisdiscussed．ThcdampingcapabilitvofNmSMAand

6、NmSblA，P砑arestudiedwiththeswingresonancemethods，andtheroleofthedampingcapabilitywhichchangeswiththefrequencyandamplitudeisinvestigated．ThedampingcapabilityiscontrastedbetweenNiTjSMAandNiTiSMA／PZT．Theirdampingpropertiesareinterpretedwiththemovementofphaseboundaryandelectricdomai

7、n．nindicatesthat650℃isthebestsinteringtemperature．nereisnopyrochlorephase．1nhemainphascaremferroelectricceramicsphase．TheTi02transitionallayer,whichisformed“sitIIbyalloxidationreactiononthesurfaceoftheNmSMA乱lli2htemperature，providesastrongbondbetweenPZTceramic丘ImandtheNiTiSMAsu

8、bstmte．ThecombinationofsampleSwithcorrosionissttongert