鐵電陶瓷具有力電耦合性能,被廣泛應(yīng)用于各種傳感器、智能材料與智能結(jié)構(gòu)以及儲存、記憶器等諸多領(lǐng)域中。鐵電陶瓷種類繁多,其中鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Pb（Zr,Ti）O3（PZT）基鐵電陶瓷是目前最具有應(yīng)用價值的一類鐵電材料,也是當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文關(guān)注的是處于鐵電（FE）-反鐵電（AFE）相界附近的PZT95/5鐵電陶瓷。PZT95/5鐵電陶瓷在爆炸沖擊波作用下發(fā)生鐵電–反鐵電相變（FE-AFE）,同時在外接負(fù)載上釋放出強(qiáng)的電流脈沖或電壓脈沖,可得到兆瓦級峰值功率的脈沖電源,在工業(yè)和國防領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。但是PZT95/5鐵電陶瓷用作爆炸鐵電體電源在沖擊波壓縮作用下,沖擊應(yīng)力造成材料機(jī)械性能失效,從而誘發(fā)介電擊穿,使整個爆炸鐵電體電源失效。與致密PZT95/5陶瓷相比,多孔PZT95/5陶瓷在沖擊波壓縮作用下具有更高的抗電擊穿強(qiáng)度和較低的相變壓力,有利于爆炸鐵電體電源的可靠性和小型化。因此,本文以多孔PZT95/5鐵電陶瓷為研究對象,在準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮、動態(tài)單軸壓縮、三點(diǎn)彎曲以及平板撞擊加載下,較系統(tǒng)地研究多孔PZT95/5鐵電陶瓷材料的相變動力學(xué)、本構(gòu)響應(yīng)、微裂紋損傷演化等特性,討論了極化... 

【文章來源】：寧波大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的一個結(jié)構(gòu)單元Fig1.1Astructuralunitoftheperovskite

與普通陶瓷材料相比，PZT95/5 鐵電陶瓷在壓縮變形過程中可能將涉及疇變、相變及力電耦合作用，其斷裂失效行為可能更為復(fù)雜。圖1.4 準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮下氧化鋁陶瓷的破碎過程[23]Fig1.4 The fragmentation process of alumina ceramics under quasi-static uniaxialcompression1.3.2 微孔結(jié)構(gòu)對 PZT 鐵電陶瓷的力學(xué)行為與失效的影響在多孔材料中，孔洞通常以氣相形式即作為第二相存在，不論對于天然或人造材料，多數(shù)材料的力學(xué)行為對微孔洞的存在均較為敏感。1.微孔結(jié)構(gòu)對各類型材料力學(xué)行為及失效的影響在自然界，天然的多孔材料中山毛櫸、柳樹等硬木相比于其他樹木，具有低密度高強(qiáng)度的物理、力學(xué)特性，其主要源于材料內(nèi)部孔壁的彈性吸收了壓力產(chǎn)生的能量。在金屬材料中，王永剛[66]等人對孔隙率為 3.3%的高純鋁進(jìn)行沖擊壓縮及拉伸行為實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示在 320m/s 沖擊速度下孔隙率為 3.3%的高純鋁沒有出現(xiàn)動態(tài)拉伸破壞，而致密的高純鋁則在 300m/s 沖擊速度下出現(xiàn)動態(tài)破壞

鐵電陶瓷的力學(xué)性能及失效研究8圖1.5 金屬玻璃壓縮破壞的宏觀和顯微照片[67]Fig.1.5 Optical and SEM images of bulk metallic glass after compression[67]脆性材料是典型的非均質(zhì)體，普遍包含著不同尺度的缺陷，而當(dāng)脆性介質(zhì)受到外力載荷作用時，微裂紋將在這些缺陷的周圍產(chǎn)生并且擴(kuò)展、聚合導(dǎo)致材料宏觀上的破壞。因此，微孔結(jié)構(gòu)對脆性材料失效行為的影響較為敏感，尤其在失效過程中孔洞起到的作用。Wada[67]等人發(fā)現(xiàn)對作為高強(qiáng)脆性材料的金屬玻璃適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行人工預(yù)制孔洞可以有效的提高其韌性，通過單軸壓縮實(shí)驗(yàn)試樣回收的結(jié)果顯示（如圖 1.5）微孔洞的添加導(dǎo)致材料發(fā)生剪切帶分叉和相互作用，從宏觀上提高了塑性應(yīng)變。Keigo[68]等人通過四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)對含孔隙陶瓷的斷裂強(qiáng)度與微孔尺寸的相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果表明含孔隙陶瓷的斷裂強(qiáng)度明顯低于高密度的陶瓷，另外，缺陷的尺寸對斷裂強(qiáng)度大小有著明顯的影響，并且斷裂能隨著裂紋所經(jīng)過孔隙尺寸的增加而增加。Leguillon[69]等人在線彈性力學(xué)的基礎(chǔ)上通過簡化的模型說明了單一孔洞在裂紋擴(kuò)展過程中鈍化效應(yīng)的機(jī)制

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多孔PZT95/5鐵電陶瓷的機(jī)械性能和鐵電性能研究[J]. 曾濤,白楊,沈喜訓(xùn),王保峰,董顯林,周志勇.  無機(jī)材料學(xué)報. 2014(07)
[2]致密PZT95/5鐵電陶瓷低溫相結(jié)構(gòu)與電性能研究[J]. 蘭春鋒,聶恒昌,陳學(xué)鋒,王軍霞,王根水,董顯林,劉雨生,賀紅亮.  無機(jī)材料學(xué)報. 2013(05)
[3]數(shù)字散斑相關(guān)方法測定巖石Ⅰ型應(yīng)力強(qiáng)度因子[J]. 代樹紅,馬勝利,潘一山,董子賢.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2012(12)
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[5]SHPB試驗(yàn)中試件的軸向應(yīng)力均勻性[J]. 毛勇建,李玉龍.  爆炸與沖擊. 2008(05)
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[7]不同加載壓力下PZT-95/5鐵電陶瓷放電特性研究[J]. 劉雨生,劉高旻,張福平,賀紅亮.  壓電與聲光. 2008(01)
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博士論文
[1]鐵電材料動態(tài)斷裂力學(xué)研究[D]. 陳浩森.清華大學(xué) 2015
[2]沖擊波壓縮下鐵電陶瓷力—電失效實(shí)驗(yàn)研究[D]. 張福平.中國工程物理研究院 2013
[3]沖擊壓縮下納米多晶金屬塑性及相變機(jī)制的分子動力學(xué)研究[D]. 馬文.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011
[4]高密度PZT95/5陶瓷的沖擊相變及放電性能研究[D]. 劉高旻.中國工程物理研究院 2009
[5]脆性材料的細(xì)觀損傷理論和損傷結(jié)構(gòu)的安定分析[D]. 馮西橋.清華大學(xué) 1995



本文編號：3245308