中文摘要：

增强和增韧的锆钛酸铅基压电复合材料在大功率电子元器件领域有广阔的应用前景，获得了广泛的关注。然而，涉及的材料科学问题尚未得到明确阐述，使得增强，特别是增韧效果不理想，且往往伴随着压电性能的大幅度降低。在分析前人工作，特别是本课题组前期工作基础上，本项目提出原位复合二氧化锆-锆钛酸铅基复合材料的新概念和新工艺。通过亚稳态A缺位粉料在烧结过程中析出二氧化锆相，实现二氧化锆相在复合材料中的均匀分布和原位复合，达到比传统工艺更佳的增强和增韧效果。特别地，探索复合材料显微结构设计，以使第二相兼具提高PZT基体压电性能的作用的可能性。本项目将研究原位复合方法所涉及的基本材料科学问题，建立并阐明组份-工艺-结构- - 性能-效能间的关系，为制备兼具优良的压电性能和力学性能的压电复合材料奠定坚实的材料科学基础。

结论摘要：

本项目的目的是研究制备兼具优良的压电性能和力学性能的PZT基压电陶瓷的新方法。本项目提出了一种PZT基复合材料设计理论，其关键在于，由第二相粒子同时引入力学性能增强和压电性能增强的效应。构建了该设计的理论模型和分析方法（包括数值计算程序）。设计了满足该模型要求的PZT- ZrO2材料体系。设计了原位复合工艺来实现内晶型显微结构。显微结构分析证明，实现了所设计的结构和增强机制。就多个配方体系做了实验研究。观察到力学性能增强和压电性能增强效应，定性或半定量符合理论计算结果。实现了在不显著降低压电性能的前提下大幅度提高力学性能。在适当的第二相含量下，实现了力学性能的大幅度提高和压电性能的同时明显增强。研究了所涉及的基本材料科学问题，建立并阐明组份-工艺-结构- - 性能间的关系，为制备兼具优良的压电性能和力学性能的压电复合材料奠定坚实的材料科学基础。