專(zhuān)利名稱(chēng)：PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝的制作方法
PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及NiTi SMA薄膜的制備工藝，特別是一種鐵電陶瓷PZT基體上通過(guò)罩板控制磁控濺射法沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝。
背景技術(shù)：
Pb(Zr Ti)03(PZT)作為一種性能優(yōu)異的鐵電材料，應(yīng)用潛質(zhì)大。但是，由于PZT是陶瓷材料，韌性差，脆性大，因而其應(yīng)用范圍受到嚴(yán)重的限制。采用磁控濺射法將NiTi形狀記憶合金(NiTi SMA)薄膜沉積于PZT表面，使NiTi SMA與PZT進(jìn)行復(fù)合，通過(guò)NiTi SMA補(bǔ)強(qiáng)PZT的韌性，可以拓展PZT的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，NiTiSMA沉積于PZT基體上時(shí)，NiTi SMA薄膜組織一般呈現(xiàn)定向柱狀晶狀態(tài)，該狀態(tài)NiTi SMA薄膜塑、韌性差，導(dǎo)致NiTi SMA補(bǔ)強(qiáng)PZT韌性的作用不明顯。如何改善NiTi SMA薄膜定向柱狀晶組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)是磁控濺射法沉積NiTi SMA薄膜而制備凸顯PZT與NiTi SMA兩者性能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的PZT基PZT/NiTi SMA復(fù)合材料所面臨的重要問(wèn)題。這一問(wèn)題至今尚未得到有效解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，而提供一種在PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，該工藝通過(guò)通孔結(jié)構(gòu)的罩板控制磁控濺射法沉積不連續(xù)NiTiSMA薄膜，從而改變PZT基體上磁控濺射法沉積NiTi SMA薄膜定向柱狀晶組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，改善NiTi SMA薄膜的塑、韌性，提高NiTi SMA補(bǔ)強(qiáng)PZT韌性的效果。 本發(fā)明為解決上述問(wèn)題所采用的方案是設(shè)計(jì)一種PZT基體上沉積不連續(xù)NiTiSMA薄膜的制備工藝。它包括以下步驟
(1) PZT薄片基體表面清洗處理； (2)使用具有一個(gè)或多個(gè)通孔的罩板緊密包覆PZT基體，使通孔處暴露PZT基體；
(3)采用磁控濺射法在PZT表面沉積NiTi SMA薄膜；
(4)晶化處理成材。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用具有通孔結(jié)構(gòu)的罩板在PZT上磁控濺射沉積不連續(xù)NiTiSMA薄膜，再通過(guò)晶化處理形成具有等軸晶組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)的NiTi SMA薄膜，解決了具有定向柱狀晶組織結(jié)構(gòu)NiTi SMA薄膜塑性及韌性差的問(wèn)題。


圖1為PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝流程 圖2為NiTi SMA薄膜的等軸晶狀顯微結(jié)構(gòu)圖。
以下結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實(shí)施方式

本發(fā)明在PZT基體上沉積具有不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，如圖1所示由以下四個(gè)步驟組成。 第一步，PZT薄片基體表面清洗處理，基體表面清洗處理是用超聲波清洗器對(duì)PZT基體表面進(jìn)行超聲清洗處理。所述PZT基體是Zr與Ti的摩爾分?jǐn)?shù)比為55 58 : 45 42的鐵電陶瓷PZT。 第二步，將具有通孔結(jié)構(gòu)的罩板包覆PZT基體，罩板孔處暴露PZT基體。罩板具有多個(gè)通孔，罩板上的單孔最大孔面積為7mm2，孔與孔之間的最小孔邊距為lmm，且罩板與PZT基體之間不使用任何粘結(jié)劑。 第三步，采用磁控濺射法在PZT表面沉積NiTi SMA薄膜。其中的磁控濺射法是采用高真空磁控濺射儀，于氬氣壓強(qiáng)1. 0 1. 5Pa、基體溫度100 15(TC、濺射功率120 160W、氬氣流量8 12sccm、耙基距50 80mm和背底真空度2. 0 7. OX 10—5Pa條件下，在PZT基體上沉積出不連續(xù)NiTi SMA薄膜。所述在PZT基體表面沉積NiTi SMA薄膜，使用的耙材為T(mén)i-50 52at% NiTi SMA。 第四步，晶化處理成材。晶化處理成材是將沉積有NiTi SMA薄膜的材料于氬氣保護(hù)下加熱處理，以4 8°C /min的升溫速度加熱到400 600°C ，等溫保持30 40min，等溫后隨爐冷卻。該步驟在PZT基體上形成具有等軸晶組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)的NiTiSMA薄膜。
實(shí)施例在鐵電陶瓷PZT基體上磁控濺射不連續(xù)NiTi SMA薄膜由以下四個(gè)步驟組成 第一步PZT薄片基體表面清洗處理。對(duì)PZT基體表面清洗處理是用超聲波清洗器對(duì)PZT基體表面進(jìn)行超聲清洗處理，清除油污。PZT基體是Zr與Ti摩爾分?jǐn)?shù)比為58 : 42的鐵電陶瓷PZT。 第二步具有通孔結(jié)構(gòu)的罩板包覆PZT基體。采用具有通孔結(jié)構(gòu)的罩板緊密包覆PZT基體，罩板孔處暴露PZT基體，罩板與PZT基體之間不使用任何粘結(jié)劑。罩板是0. lmm厚鋁薄板，矩形通孔孔寬2mm、長(zhǎng)3. 5mm，矩形孔平行排列，孔間距6mm。 第三步采用磁控濺射法在PZT表面沉積NiTi SMA薄膜。采用高真空磁控濺射儀于氬氣壓強(qiáng)1. 5Pa、基體溫度15(TC、濺射功率160W、氬氣流量12sccm、靶基距80mm和背底真空度7. OX 10-5Pa條件下，在PZT基體上沉積出不連續(xù)NiTi SMA薄膜。
采用磁控濺射法使用的靶材為T(mén)i_51at% NiTiSMA。 第四步晶化處理成材。將沉積有NiTiSMA薄膜的材料在氬氣保護(hù)下于保護(hù)氣氛爐中加熱處理，以5°C /min的升溫速度加熱到60(TC等溫保持40min，等溫后隨爐冷卻，該步驟在PZT基體上形成具有等軸晶組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)的NiTi SMA薄膜層。圖2顯示出NiTi SMA薄膜的等軸晶狀顯微結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于包括以下步驟(1)PZT薄片基體表面清洗處理；(2)使用具有一個(gè)或多個(gè)通孔的罩板緊密包覆PZT基體，使通孔處暴露PZT基體；(3)采用磁控濺射法在PZT表面沉積NiTi SMA薄膜；(4)晶化處理成材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于所述罩板上的單孔最大孔面積為7咖2，孔與孔之間的最小孔邊距為lmm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于所述磁控濺射法是采用高真空磁控濺射儀，于氬氣壓強(qiáng)1. 0 1. 5Pa、基體溫度100 15(TC、濺射功率120 160W、氬氣流量8 12sccm、耙基距50 80mm和背底真空度2. 0 7. OX 10—5Pa條件下，在PZT基體上沉積出不連續(xù)NiTi SMA薄膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于所述高真空磁控濺射儀工作條件為氬氣壓強(qiáng)1. 5Pa，基體溫度15(TC，濺射功率160W，氬氣流量12sccm，耙基距80mm和背底真空度7. OX 10—5Pa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于所述晶化處理成材是將沉積有NiTi SMA薄膜的材料于氬氣保護(hù)下加熱處理，以4 8°C /min的升溫速度加熱到400 600。C，等溫保持30 40min，等溫后隨爐冷卻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于所述氬氣保護(hù)下的加熱處理，以5°C /min的升溫速度加熱到60(TC等溫保持40min。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于所述PZT基體是Zr與Ti的摩爾分?jǐn)?shù)比為55 58 : 45 42的鐵電陶瓷PZT。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于所述PZT基體是Zr與Ti的摩爾分?jǐn)?shù)比為58 : 42的鐵電陶瓷PZT。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于所述在PZT基體上沉積NiTi SMA薄膜，使用的靶材為T(mén)i-50 52at% NiTi SMA。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于所述使用的靶材為T(mén)i-51at% NiTi SMA。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PZT基體上沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜的制備工藝，其特征在于它包括四個(gè)步驟第一步，PZT薄片基體表面清洗處理；第二步，使用具有通孔結(jié)構(gòu)的罩板緊密包覆PZT基體，使通孔處暴露PZT基體；第三步，采用磁控濺射法在PZT表面沉積NiTi SMA薄膜；第四步，晶化處理成材。本發(fā)明優(yōu)勢(shì)在于采用具有通孔結(jié)構(gòu)的罩板在PZT上磁控濺射沉積不連續(xù)NiTi SMA薄膜，再通過(guò)晶化處理形成具有等軸晶組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)的NiTi SMA薄膜。改變了PZT基體上磁控濺射法沉積NiTi SMA薄膜定向柱狀晶組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，改善NiTi SMA薄膜的塑、韌性，提高NiTi SMA補(bǔ)強(qiáng)PZT韌性的效果。
文檔編號(hào)C23C14/35GK101713064SQ20091022896
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者劉慶鎖 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)