PZT厚膜的电射流沉积研究

摘要

PZT厚膜具有高压电性能和机电耦合系数，在高频超声传感器、微换能器、微变形镜等高性能微器件方面具有广阔的应用前景。利用电射流沉积技术(Electrohydrodynamicjet deposition，EJD)制备膜时，具有沉积速率高、膜结构可控性强等优点。本文配制了PZT悬浮液，利用电射流沉积技术制备了PZT厚膜，首先研究了电射流沉积参数、悬浮液混合条件对厚膜致密性的影响，并对PZT厚膜进行了溶胶的渗透;然后对电射流沉积的PZT厚膜进行了抛光处理，研究了厚膜表面粗糙度和厚度对PZT厚膜压电性质的影响;最后研究了柔性衬底的PZT厚膜沉积。
　　本研究首先制备了PZT复合悬浮液，以硅片为衬底，电射流沉积了PZT厚膜，研究了电射流沉积高度、流量及悬浮液混合条件对厚膜致密性的影响，降低电射流沉积高度和流量有助于提高PZT厚膜致密性，利用球磨方法混合的PZT悬浮液，沉积的PZT厚膜致密性明显提高，制备了无裂纹的PZT厚膜。为了进一步提高厚膜的致密性，研究了PZT厚膜的溶胶渗透，溶胶渗透后的PZT厚膜致密性明显提高。然后，研究了电射流沉积PZT厚膜的机械抛光工艺，经过机械抛光处理，PZT厚膜的表面粗糙度Ra从422nm降低到23nm。此外，分析了厚膜表面粗糙度和厚度对PZT厚膜压电性质的影响，降低表面粗糙度促进了PZT厚膜压电性质的提高，当PZT膜厚为10μm-60μm之间时，PZT膜压电性质随着膜厚的增加显著增大，当膜厚在60μm-80μm之间时，厚膜压电性质趋于平缓，当膜厚高于80μm时，其压电性质明显下降。在PZT膜厚为68μm时，压电常数d33为91pC/N。最后，在不锈钢和铁镍合金柔性衬底上沉积了PZT厚膜，采用双面均匀沉积PZT厚膜，解决了应力不均导致柔性衬底弯曲问题，获得了柔性衬底/PZT厚膜复合元件，并集成在压电式振动能量采集器和磁电换能式振动能量采集器中。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 PZT厚膜及其应用

1．1．1 压电材料与PZT厚膜

1．1．2 PZT厚膜的制备方法

1．1．3 PZT厚膜的应用

1．2 电射流沉积技术简介

1．2．1 电射流沉积的原理

1．2．2 电射流沉积的应用

1．3 本论文的工作与研究思路

2 PZT悬浮液的制备及PZT厚膜的性能表征

2．1 电射流沉积实验装置

2．2 PZT悬浮液的制备

2．3 PZT悬浮液的性质测试

2．4 PZT厚膜的性能表征

2．4．1 PZT厚膜的压电性质测试

2．4．2 PZT厚膜介电性能测试

2．5 本章小结

3 硅衬底的电射流沉积PZT厚膜

3．1 硅片的清洗

3．2 电射流沉积PZT厚膜工艺过程

3．3 电射流参数对厚膜的影响

3．3．1 沉积高度对厚膜的影响

3．3．2 流量对厚膜的影响

3．4 悬浮液混合条件对PZT厚膜的影响

3．4．1 悬浮液球磨处理

3．4．2 球磨时间对PZT厚膜致密性的影响

3．5 PZT厚膜的性能表征

3．6 PZT厚膜的溶胶渗透

3．7 本章小结

4 PZT厚膜的机械抛光及性能分析

4．1 PZT厚膜的机械抛光工艺

4．2 机械抛光PZT厚膜的分析

4．3 PZT膜厚度对其性能的影响分析

4．4 本章小结

5 柔性衬底的电射流沉积PZT厚膜

5．1 铁镍合金衬底的PZT厚膜沉积

5．1．1 铁镍合金衬底的PZT厚膜制备

5．1．2 铁镍合金衬底制备PZT厚膜的性能测试

5．2 不锈钢衬底的PZT厚膜沉积

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢