本文關(guān)鍵詞：基于有限元的PMS-PZT壓電陶瓷制備工藝的研究

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【摘要】：隨著自然科學(xué)的發(fā)展,壓電學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的一個重要學(xué)科,有關(guān)新材料和新技術(shù)的研究已經(jīng)成為當(dāng)前的一項科學(xué)前沿。三元系PMS-PZT壓電陶瓷材料廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的電子信息產(chǎn)業(yè)、航空航天領(lǐng)域的電子元器件中,利于壓電陶瓷的正逆壓電效應(yīng)進(jìn)行電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換,在無機(jī)功能材料領(lǐng)域具有非常重要的地位。PMS-PZT陶瓷制備過程中的粉體模壓成型環(huán)節(jié),對制品的燒結(jié)收縮和性能參數(shù)的測定有著非常重要的作用。粉體模壓成型是一種最簡單、最直觀、也應(yīng)用最為廣泛的陶瓷成型工藝,對模壓成型工藝進(jìn)行優(yōu)化研究是當(dāng)前壓電陶瓷制備工藝的一項重要的內(nèi)容。研究表明,模壓成型工藝能夠有效制備厚度小于60mm的制品。但是在微觀結(jié)構(gòu)上,制品存在應(yīng)力、密度分布不均的現(xiàn)象,影響壓電陶瓷的性能。本課題在研究壓電陶瓷模壓成型工藝的基礎(chǔ)上,采用二次燒結(jié)工藝制備了三類體積規(guī)格的PMS-PZT陶瓷樣品,薄圓片狀、圓柱狀和薄方塊狀。分析了實驗中出現(xiàn)的變形、彎曲、斷裂以及融化等失效結(jié)果產(chǎn)生的原因。在分析樣品微觀結(jié)構(gòu)、失效和致密度的基礎(chǔ)上,測定了試樣相關(guān)的介電[?]、彈性[S]和壓電[d]參數(shù)。在模壓致密過程中,由于存在著粉體與模具內(nèi)壁之間接觸等復(fù)雜的邊界條件,單純依靠實驗分析很難獲得應(yīng)力分布在微觀結(jié)構(gòu)中的精確解。本課題假設(shè)粉體材料為“可壓縮的連續(xù)體介質(zhì)”,以有限元軟件ANSYS為平臺,大變形彈塑性理論為基礎(chǔ)建立了PMS-PZT陶瓷粉體模壓成型的有限元模型。基于Drucker-Prager材料模型,分析了在最大外載荷為70Mpa、粉體與模具內(nèi)壁之間摩擦因數(shù)為0.2下的應(yīng)力分布和粉體流動情況;同時分析了在不同摩擦因數(shù)下坯體內(nèi)部的應(yīng)力分布情況。有限元分析表明,粉壁摩擦是影響壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要因素,這與實驗測試的結(jié)果具有一致性。為了衡量試樣在正逆壓電效應(yīng)下的機(jī)電轉(zhuǎn)換特性,課題基于壓電陶瓷機(jī)電耦合分析理論,以ANSYS有限元軟件為平臺,建立了以PMS-PZT陶瓷為材料的壓電雙晶片結(jié)構(gòu)模型,耦合分析了PMS-PZT陶瓷試樣的驅(qū)動和感應(yīng)特性。分析表明,在正逆壓電效應(yīng)作用下,PMS-PZT壓電雙晶片結(jié)構(gòu)自由端的位移變形量與電壓成正比關(guān)系,和理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,吻合性較好。本課題采用有限元模擬與實驗相結(jié)合的方法,研究了PMS-PZT陶瓷的模壓成型過程,并分析了陶瓷樣品的驅(qū)動和感應(yīng)特性,為優(yōu)化壓電陶瓷制備工藝,提高壓電陶瓷性能提供了行之有效的方法。實踐表明,采用有限元模擬與實驗相結(jié)合的方法,以指導(dǎo)壓電陶瓷的研究生產(chǎn),可以減小實驗與理論計算工作量,縮小產(chǎn)品的開發(fā)周期,降低成本。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM282

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭寶增;樊艷;;用Monte Carlo方法模擬閃鋅礦相ZnS電子的輸運特性[J];低溫物理學(xué)報;2008年01期

2 周桃生,魏念,李劍,柴荔英;鉛鎂錳銻鈮多元系壓電陶瓷材料[J];電子元件與材料;2004年05期

3 李慶,杜紅亮,裴志斌,車俊,屈紹波;PMS-PZT壓電陶瓷的制備及性能研究[J];電子元件與材料;2004年12期

4 任學(xué)平,王爾德,霍文燦;粉末體的屈服準(zhǔn)則[J];粉末冶金技術(shù);1992年01期

5 王姝歆;陳國平;周建華;顏景平;;壓電雙晶片驅(qū)動的仿生柔性撲翼機(jī)構(gòu)研究[J];光學(xué)精密工程;2006年04期

6 Hairen Wang;Xuan Xie;Yuantai Hu;Ji Wang;;NONLINEAR ANALYSIS OF A 5-LAYER BEAM-LIKE PIEZOELECTRIC TRANSFORMER NEAR RESONANCE[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2014年02期

7 張昌松;雷春耀;;有限元仿真在壓電陶瓷粉末模壓成型中的應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報;2014年21期

8 顧勃;毛祥根;;切比雪夫方法仿真壓電耦合場[J];杭州電子科技大學(xué)學(xué)報;2008年02期

9 羅曉輝,白世偉;彈塑性大變形Biot固結(jié)理論的參變量變分原理[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2003年10期

10 劉彥輝;杜永峰;周福霖;譚平;閻維明;;基于雙向壓電控制器的帶分布參數(shù)體系地震響應(yīng)控制[J];振動與沖擊;2010年10期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 董震;陶瓷粉末壓制成型過程數(shù)值模擬的研究[D];天津大學(xué);2005年

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