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NiTi SMA薄膜复合,用NiTi SMA增强PZT,从而制备PZT基NiTi SMA/PZT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NiTi SMA薄膜,再经晶化处理而制备NiTi SMA/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、基体表面状态、不同加热方式、晶化处理温度、保温时间等因素对NiTi SMA薄膜表面形貌、NiTi SMA/PZT复合材料膜基结合状态、沉积速率、NiTi SMA与PZT基体之间的成分扩散和NiTi SMA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NiTi SMA/PZT复合材料的耐压性能,定性分析NiTi SMA薄膜与PZT基体之间的结合强度;采用三点弯曲法测试NiTi SMA/PZT复合材料的抗弯强度,分析NiTi SMA对PZT力学性能的影响;使用ZJ-3A型准态仪、Automatic LCR Meter4225测试NiTi SMA/PZT复合材料的压电常数d33,机电耦合系数KP,介电损耗tgδ,考察NiTi SMA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NiTi SMA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NiTi SMA薄膜与基体之间的成分交换范围较小;使NiTi SMA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NiTi SMA/PZT复合材料所承受的最大压力为100gf,结合力约为0.49N;NiTi SMA复合材料的抗弯曲强度比纯PZT提高22.9%。所制备出的NiTi SMA/PZT复合材料与纯的PZT相比,压电常数d33提高0.03%,机电耦合系数Kp提高0.28%,介电耦合系数tgδ降低0.76%。NiTi SMA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。