航空航天结构健康监测应用中的PZT/PZT与PZT/BiT复合压电传感器：光化学金属有机+浸渗沉积及表征

摘要： 将细磨的锆钛酸铅（Pb(Zr0.52Ti0.48)O3）粉末悬浮于PZT和钛酸铋（BiT）溶液中，沉积于IN718和IN738镍基高温合金基体的曲面，形成厚度达100微米的涂层。采用光化学金属有机与渗透技术制备出无掺杂剂、无增稠聚合物的平滑半致密无裂纹随机取向厚压电薄膜作为压电传感器。每层沉积薄膜均在200°C下加热（含10wt%过量PbO），经365nm波长6瓦紫外灯照射10分钟，400°C热解后，再于700°C退火一小时。该过程循环进行直至达到目标厚度。分别采用蒸发法和溅射法沉积金/铂薄膜作为底电极与顶电极。随后对PZT/PZT与PZT/BiT复合薄膜进行表征，并与同类基体上沉积的PZT及BiT厚膜对比，同时研究成分与沉积工艺对压电薄膜晶相发育、微观形貌以及介电、铁电和压电性能的影响。测得PZT/PZT与PZT/BiT厚膜的剩余极化强度最大值分别为Pr=22.37±0.01μC/cm2和30.01±0.01μC/cm2，介电常数εr=298±3和566±5，压电电荷系数d33=126m/V和148m/V，对应最小矫顽场Ec=50kV/cm和20kV/cm。所开发的厚膜压电传感器可潜在应用于1-5MHz频带范围的旋转结构健康监测，并作为收发器用于其他工业或医疗领域。