pzt基niti+smapzt复合材料的制备及其力、电性能

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1、摘要锆钛酸铅(PZT)陶瓷具有非常稳定的压电效应，高的机电耦合系数、较好机械品质因子，在作为传感器、驱动器应用时，具有高灵敏度、低电噪声等优势，但由于其力学性能较差，严重限制了它的应用范围。为了充分发挥PZT的性能优势，改善其力学性能，本文尝试将PZT与NiTiSMA薄膜复合，用NiTiSMA增强PZT，从而制备PZT基NiTiSM胛ZT异质复合材料，为PZT的应用开拓新空间。本文采用磁控溅射法直接在PZT基体上沉积NinSMA薄膜，再经晶化处理而制备NiTiSMA／PZT复合材料；借助SEM、EDS、和XRD等手段，通过研究基体预热温度、氩气工作压强、溅射功率、基体表面状

2、态、不同加热方式、晶化处理温度、保温时间等因素对NiTiSMA薄膜表面形貌、NinSMA／PZT复合材料膜基结合状态、沉积速率、NiTiSMA与PZT基体之间的成分扩散和NiTiSMA薄膜物相组成的影响，以确定适宜的复合材料制备工艺；使用显微硬度计测试NinSMA／PZT复合材料的耐压性能，定性分析NinSMA薄膜与PZT基体之间的结合强度；采用三点弯曲法测试NiTiSMA／PZT复合材料的抗弯强度，分析NinSMA对PZT力学性能的影响；使用ZJ．3A型准态仪、AutomaticLCRMeter4225测试NinSMA／PZT复合材料的压电常数d33，机电耦合系数10，介

3、电损耗t98，考察NilriSMA薄膜对PZT压电性能的影响。实验结果表明：基体经过严格清洗，基体预热温度为150℃，氩气工作压强0．7Pa，溅射功率150W时制备出的NmSMA薄膜表面空洞、缝隙等缺陷较少，颗粒均匀，膜基结合状态较好，薄膜沉积速率适宜；采用两步法晶化处理的NinSMA薄膜与基体之间的成分交换范围较小；使NiTiSMA薄膜晶化颗粒尺寸均一，缺陷较少，膜基之间结合紧密的晶化温度为600℃，保温室间为30min。力学性能测试结果表明，所制备的N讯SMA／PZT复合材料所承受的最大压力为1009f，结合力约为0．49N；NiTiSMA复合材料的抗弯曲强度比纯PZT

4、提高22．9％。所制备出的NinSMA／PZT复合材料与纯的PZT相比，压电常数d33提高O．03％，机电耦合系数K提高0．28％，介电耦合系数t96降低O．76％。NiTiSMA薄膜与PZT基体之间良好的界面结合结构及界面附近存在源自膜／基间晶格差异的约束应力，有利于电偶极子的定向运动，保障了PZT基体压电性能的充分发挥。关键词：磁控溅射；NinSMA薄膜；NinSMA／PZT复合材料；力学性能；电学性能AbstractLeadzirconatetitanate(PZT)piezoelectricceramichasverystablepiezoelectriceffec

5、t，hi曲electromechanicalcouplingcoefficientandgoodmechanicalqualityfactorwhenitisusedassensorordfiver．Butitspoormechanicalpropertyrestrictstheapplication．ForexertingthepredominanceofthePZTandimprovingitsmechanicalpropertysufficiently,wetrytoprepareanewcompositematerial晰mNinSMAfilmandPZT．Itma

6、ybeoneofnewcontinuationforthePZTapplication．Inthispaper,theNiTiSMAfilmWasdirectlydepositedonthePZTsubstratebymagnetronsputtering．Aftercrystallizationtreating，theNinSMA／PZTcompositematerialwasobtained．Theeffectsofsubstratepre-heatingtemperature，Argaspressure，sputteringpowerandthesurfacestat

7、eofthesubstrateonthesurfacemorphologyoftheNiTiSMAfilm，thecombinationofthecompositematerialbetweentheNiTifilmandPZTsubstrateandthedepositionratewerestudiedwiththeSEM．ThediffusionoftheelementswasanalyzedbytheEDS．Theeffectsofdifferentheatingmode，heatingtemperatur