NiTi SMA/PZT复合材料的制备及阻尼特性研究

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本论文采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在NiTi形状记忆合金(SMA)基体上沉积PbZrTiO3(PZT)铁电陶瓷薄膜而制备NiTi SMA/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NiTi SMA基体对PZT铁电陶瓷层沉积的影响。用悬挂共振法研究了NiTi SMA/PZT复合材料和NiTi SMA的阻尼性能随振动频率及振幅变化的规律。比较了NiTi SMA和NiTi SMA/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NiTi SMA/PZT复合材料的阻尼机理。实验表明,650℃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PTZ相;在NiTi SMA表面原位氧化生成的TiO2陶瓷层过渡层增强了NiTi SMA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NiTiSMA基体与PZT陶瓷层的结合较好。NiTi SMA/PZT复合材料的阻尼特性较NiTi SMA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NiTi SMA的0~7Hz增大到了0~20Hz,而阻尼水平也有了较大的提高;对于NiTi SMA和NiTi SMA/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1.0v,表明后者能承担更大的载荷。NiTi SMA/PZT复合材料的阻尼机制来自NiTi SMA与PZT两种材料的综合,既包括B2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NiTi SMA/PZT复合材料的阻尼。
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