本项目采用高声速、固有损耗低的高择优取向氮化铝(AlN)压电薄膜研制耐高温声表面波（SAW）传感器，在航空航天、石油勘探、能源化工以及冶金等领域具有良好的技术优势和应用前景。 建立了有效计算层状结构周期栅格阵边界条件的SAW器件准三维模型，系统研究了多种AlN/衬底层状结构上各类模态（主要是瑞利波和西沙瓦波）的相速度、机电耦合系数、频率温度系数等SAW特性；基于非线性电弹扰动方程，建立了温度、应力偏场作用下的多层复合结构SAW谐振器的多物理场耦合模型。与文献实验数据对比，验证了理论计算的正确性：在温度范围达1050oC时，频率温度特性的理论与实验误差仍小于3ppm/oC； 利用溅射设备制备AlN/金刚石基片，表征分析了钪(Sc)掺杂的氮化铝ScAlN薄膜的结晶学性能、表面形貌、晶粒和粗糙面的形成机理，并优化设计了单端口SAW谐振器，首次实验验证了ScAlN材料常数的有效性； 提出一种采用“氧化物薄膜填充在相邻金属电极间的沟槽中，而压电薄膜淀积在平坦的氧化物薄膜顶层表面或电极和填充氧化物薄膜交替间隔组成的平坦表面”的新型三明治结构，克服了常规埋入式电极制备对工艺要求极高、不易制备高性能、取向好的氮化铝薄膜的缺点，且具有温补效果；提出一种仿生蜘蛛琴形感受器结构的声表面波传感器増敏结构和宽温度范围温度补偿的压力传感器结构。研制的传感器样机耐温已经达到900℃，较好地完成了本项目的所有研究目标。 项目执行期间，受邀在超声领域重要国际会议IEEE Ultrasonics Symposium上做大会邀请报告和担任会议短期专题课程授课人各1次；在其他国际和国内会议上做邀请报告3次。获得IEEE Ultrasonics Symposium最佳学生论文竞赛入围奖2次。培养博士研究生2人毕业，硕士研究生3人毕业。依托本项目的研究基础，与传感器领域的企业合作获得了国家自然科学基金联合基金重点支持项目的资助，继续深入研究耐高温传感器，并推进其应用。 2100433B

高声速、固有损耗低的氮化铝(AlN)压电薄膜具有作为耐高温声表面波传感器敏感材料的潜力。国际上这方面的研究刚刚起步，亟待在层状复合界面结构器件的精确建模、高质量择优取向AlN薄膜的高温性能劣化机制以及宽温度范围内传感器温度补偿等基础理论和关键技术方面取得进一步突破。 本研究拟采用相对于参考状态的Lagrangian坐标系，推导出包含电扰动项并适用于存在多场耦合的压电介质的非线性电弹扰动方程。采用有限元结合微扰理论求解SAW传感器的应力应变分布以及谐振频率、插损、阻抗等力学和电学输出，用于多层复合结构传感器的模态选择和参数优化。提出并制备一种具有无源温度补偿功能的新型AlN(IDT)/金刚石/AlN多层复合结构，实现在900℃稳定工作时间超过500小时的高温敏感材料，并在800℃±100℃范围内进行温度补偿，双SAW谐振器差分输出的频偏小于60ppm.

金刚石复合结构如下：金刚石表面有一玻璃层；在所述的玻璃层上有一立方氮化硼层，在所述的立方氮化硼层的表层有一钛层。

金刚石复合结构。金刚石表面有一玻璃层；在所述的玻璃层上有一立方氮化硼层，在所述的立方氮化硼层的表层有一钛层。本实用新型优点主要在于：这种金刚石内表层的CBN对铁素材料呈惰性且表面凸凹不平，而外层有金属钛层包裹，是一种具有金刚石和CBN 两种磨料材料性能的以及粗细磨粒结构性能的特殊磨粒，使用它制造树脂结合剂的磨具来加工硬质合金与铁素材料制造的刀具、工具、工件，可以获得有特殊要求的工件质量。这种经过复合涂覆和镀处理的金刚石，体积增大，近于球状，制造的磨具，金刚石磨粒分布均匀，同时金刚石与基体的结合强度和把持力高，防止磨粒早期脱落。涂覆玻璃-CBN-镀 Ti复合涂镀层的金刚石主要用于树脂结合剂的磨具，使用它可以金刚石与CBN、粗细磨粒的复合磨削效果。 金刚石又被称为钻石，是由碳原子按照正四面体构成的空间网状结构，它是无色透明晶体，硬度极高，不导电，导热性极差。2100433B

本项目研究了层状复合陶瓷的夹层材料、层状复合方式制备工艺、界面结构特征等，制备出多种弱夹层、强夹层、多相复合协同增韧层状复合陶瓷，其中ZTA/Al2O3强夹层层状复合陶瓷的冲击韧性是单相Al2O3陶瓷的5.6倍，单相ZTA陶瓷的2.8倍；而且复合陶瓷的断裂韧性和维氏硬度在平行于夹层方向和垂直于夹层方向差别不大，克服了弱夹层陶瓷各向异性的缺点；通过层状复合陶瓷断口分析和界面HREM分析，确证层状复合陶瓷的主要增韧机理是多层介质的裂纹止裂和裂纹分层效应。发表学术论文26篇，培养博士生1名，硕士生5名。提出了层状复合陶瓷增韧机理及其优化设计方案，为层状复合材料的开发与应用奠定理论基础。