PZT薄膜/环氧树脂基阻尼复合材料的制备与性能研究

摘要

阻尼材料广泛应用于航空、航天、采矿、建筑、机械等各个领域，在阻尼材料的发展和研究中，压电阻尼材料因具有新颖的能量损耗机制以及可能的主动阻尼控制而受到越来越多的关注。国内外研究者对0-3型压电复合阻尼材料已进行了大量的研究探索工作，但是对于2-2型压电复合阻尼材料的相关研究却鲜有报道。本文将压电相以薄膜的形式掺入环氧树脂基体中，制备出2-2型压电阻尼复合材料。研究了PZT薄膜的制备规律对复合材料的阻尼性能的影响规律。为智能型压电阻尼复合材料的应用和开发提供了相关的理论依据。
　　 论文首先采用溶胶凝胶(Sol-gel)工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出Pb(Zr0.53Ti0.47)O3(PZT)薄膜，对不同制备工艺制得的薄膜晶相和表面形貌进行了分析。结果表明：退火温度为500℃时，PZT薄膜开始形成钙钛矿相；退火温度为550℃时，PZT薄膜已基本形成钙钛矿相结构；升高退火温度，延长保温时间，增加薄膜厚度，都有利于PZT晶粒增大。在本实验中，每次涂敷的薄膜厚度大约是50～60 nm。
　　 对不同退火工艺的薄膜进行铁电性能和介电性能的测试，其结果表明经不同温度退火处理的PZT薄膜，在600-750℃之间，其电性能达到最佳；退火保温时间对薄膜的电性能影响有限。相对而言，在700℃退火保温时间90min的薄膜，其电性能最佳；在700℃退火保温90min的薄膜，其电性能随着薄膜厚度的增加而提高，在膜厚为310nm(6层)时，其电性能达到最佳，随着薄膜厚度的继续增加，由于薄膜结晶情况变差而导致薄膜的电性能下降。
　　 将薄膜掺入环氧树脂，制备成2-2型压电薄膜/环氧树脂基复合材料后，对复合材料的阻尼性能进行测试，结果表明：在薄膜退火温度为700℃的时候，制备的复合材料阻尼性能达到最佳；复合材料阻尼因子随薄膜退火保温时间的变化有限。相对而言，由退火条件为700℃-90min的PZT薄膜所制备的复合材料阻尼因子达到最大。随着退火时间的增加，阻尼峰有向高温偏移的现象；对于在700℃下退火90min的不同厚度的薄膜，复合材料的阻尼性能在薄膜厚度为310nm时达到最佳。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1阻尼材料

1.1.1阻尼材料的发展历程

1.1.2粘弹性阻尼材料

1.1.3智能型阻尼材料

1.1.4高阻尼合金

1.1.5阻尼复合材料

1.2压电/聚合物复合材料

1.2.1压电效应

1.2.2压电/聚合物复合材料的研究进展

1.2.3压电/聚合物复合材料的工作机理

1.3阻尼性能评价方法

1.4本学位论文的主要研究内容

第2章Sol-gel法制备Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜

2.1 Pb(ZrxTi1-x)O3材料

2.1.1 Pb(ZrxTi1-x)O3材料的结构和性能

2.1.2 Pb(ZrxTi1-x)O3材料的阻尼机制

2.2 Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜的制备方法

2.3 Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜的制备

2.3.1 Pb(Zr0.53Ti0.47)O3溶胶的配制

2.3.2 Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜的制备

2.4 Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜的微观结构

2.4.1退火温度对Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜结构的影响

2.4.2退火保温时间对Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜结构的影响

2.4.3薄膜厚度对Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜结构的影响

2.5本章小结

第3章Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜的电性能

3.1测试设备和薄膜参数

3.2退火温度对Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜的电性能的影响

3.3退火保温时间对Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜的电性能的影响

3.4薄膜厚度对Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜电性能的影响

3.5本章小结

第4章Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜/环氧树脂基阻尼复合材料的阻尼性能

4.1 Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜/环氧树脂基阻尼复合材料的制备

4.1.1实验原料

4.1.2复合材料的制备

4.2 Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜/环氧树脂基阻尼复合材料的阻尼性能分析

4.2.1薄膜退火温度对复合材料阻尼性能的影响

4.2.2薄膜退火保温时间对复合材料阻尼性能的影响

4.2.3薄膜厚度对复合材料阻尼性能的影响

4.3本章小结

第5章结论与展望

参考文献

致谢

附录