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压电陶瓷在水声换能器中有着广泛的应用。锆钛酸铅（PZT）陶瓷因其压电性能优良、居里点高及稳定性好等优点而成为压电陶瓷家族中最重要的一员。但是,不论是PZT多晶压电陶瓷还是其复合材料均具有体密度大、声阻抗高、脆性大、在界面处反射损耗大而难以与水负载匹配以及横向耦合过强等特点。另外,致密陶瓷的静水压压电系数（dh）和静水压电压系数（gh）都比较小,使得水声换能器的信号驱动能力和灵敏度较低,从而使得致密压电陶瓷在水声换能器上的应用有限。鉴于此,急需开发出新型压电材料,以满足水声换能器的现代应用需求。压电气凝胶及其复合涂层以其低密度、高孔隙率以及易于与空气、生物体及水的声阻抗匹配等特性,将非常适合应用于水声换能器以提高其综合性能。为此,本论文对PZT气凝胶及其复合涂层的制备工艺和性能进行了研究。首先,以三水合醋酸铅、正丙醇锆、钛酸四丁酯分别作为PZT溶胶前驱体的铅源、锆源和钛源,用乙二醇单甲醚作为溶剂,在传统溶胶-凝胶工艺的基础上,通过控制凝胶促进剂的加入量和加入时间（简称两步催化法）成功制备出PZT湿凝胶,再经过二氧化碳超临界干燥制备出PZT气凝胶,并对该气凝胶的形貌、成分、稳定性、比表面积及孔径分布等进行了研究,经研究发现所制备的PZT气凝胶比表面积为260.03 m2/g、最可几孔径为104.1 nm,含有杂相PbCO3。其次,研究了不同退火温度对所制备的PZT气凝胶的比表面积、孔径分布及成分的影响,其中,退火温度为350-700℃、升温间隔为50℃、退火时间为4 h,并分析了退火样品的成分、形貌、比表面积和孔径分布。研究发现在550℃退火处理4 h,气凝胶样品开始由无定形向钙钛矿相转变,样品的比表面积降到29.34 m2/g,最可几孔径为230 nm;气凝胶样品的比表面积和吸附总孔体积随着退火温度的升高而减小,最可几孔径随着退火温度的升高增大。再次,鉴于常规方法制备的PZT气凝胶存在因溶胶不稳定而难以获得高质量的气凝胶或稳定溶胶无法凝胶等问题,本论文进行探索与创新,将溶胶-凝胶法和溶剂热法相结合（简称溶胶-溶剂热法）快速制备出高质量PZT气凝胶:在溶胶阶段在溶胶中加入乙酰丙酮作为稳定剂制备出在常温常压条件下极稳定的溶胶,再将制得的稳定溶胶经升温加压使其在较短时间内凝胶,最终制备出质量较好的PZT湿凝胶和气凝胶。探索了溶胶-溶剂热法中反应温度和反应时间对所制气凝胶的比表面积及孔径结构的影响,研究了该气凝胶的表面形貌、成分、稳定性及其比表面积和孔径分布。研究发现,在220℃下反应4 h制备的PZT气凝胶的比表面积最大为323.1 m2/g,最可几孔径为44.6 nm,仍然含有杂相PbCO3。此外,为了除去所制PZT气凝胶中的杂相,同时又使晶化不会造成PZT气凝胶过多孔洞结构破坏,在两步催化法晶化处理的基础上,选择如下晶化条件:550-800℃晶化温度、50℃为升温间隔、退火时间为0.5 h。同时,研究该晶化气凝胶样品的形貌、成分、比表面积和孔径结构。研究发现,气凝胶样品在600℃下退火处理0.5 h后开始向钙钛矿相转变,样品的比表面积降到55.1 m2/g,并且随着退火温度的升高,样品的比表面积开始降低。退火处理后,虽然除去了PbCO3杂质,仍然含有ZrO2、PbO、PbO2等杂质。最后,为了克服PZT气凝胶的脆性而难以应用的局限性,制备了PZT气凝胶涂层,并研究掺杂SiO2气凝胶粉体、PZT陶瓷粉体及涂层的层数对PZT气凝胶涂层压电和介电性能的影响。研究发现,在PZTA/PVDF复合涂层中添加PZT陶瓷粉体可以提高复合涂层的压电性能;在复合涂层中添加SiO2气凝胶粉体、增加复合涂层的层数会提高复合涂层的剩余极化强度;在复合涂层中添加SiO2气凝胶粉体能够提高复合涂层的介电常数和介电损耗;增加复合涂层的层数能减小涂层的介电常数和介电损耗。