本文關(guān)鍵詞：壓電陶瓷力電耦合微納米壓痕試驗(yàn)研究

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【摘要】：壓電材料作為典型的多物理場(chǎng)耦合材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、日常生活中。隨著智能機(jī)電科技和納米量級(jí)電機(jī)的并行發(fā)展,具有優(yōu)秀的多物理場(chǎng)耦合性能的壓電材料越來(lái)越得到重視。大量的理論與試驗(yàn)研究開(kāi)始采用微納米壓痕實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)多物理場(chǎng)下的材料進(jìn)行了的力學(xué)以及電學(xué)性能測(cè)試。多物理場(chǎng)耦合微納米壓痕試驗(yàn)獲得的壓痕響應(yīng)對(duì)壓電材料力學(xué)性能和電學(xué)性能的研究有著重要的意義,也是定量分析壓電材料各種性能常數(shù)的必要依據(jù)。根據(jù)微納米壓痕測(cè)試技術(shù)目前在多場(chǎng)耦合材料性能測(cè)試中的應(yīng)用情況的實(shí)際需求,本文進(jìn)行了力電耦合測(cè)試試驗(yàn)的相應(yīng)研究�；诘湫蛪弘娞沾刹牧显诹﹄婑詈衔⒓{米壓痕試驗(yàn)中存在壓痕力學(xué)響應(yīng)與電學(xué)響應(yīng)兩類試驗(yàn),本文研究了橫觀各向同性壓電材料以及壓電性石英晶片的力電耦合響應(yīng)。作者在對(duì)微納米壓痕測(cè)試、特別是壓電材料多物理場(chǎng)耦合微納米壓痕響應(yīng)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述分析的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了力電耦合微納米壓痕試驗(yàn)系統(tǒng),由此著重針對(duì)壓電陶瓷材料和石英晶片開(kāi)展了力電耦合條件下壓痕響應(yīng)的研究。論文首先對(duì)力電耦合條件下的壓電陶瓷壓痕分析理論進(jìn)行整理,結(jié)合本文進(jìn)行的試驗(yàn)內(nèi)容和相關(guān)試驗(yàn)參數(shù),歸納出與微納米壓痕理論以及壓電效應(yīng)理論相融合的電學(xué)響應(yīng)和力學(xué)響應(yīng)的理論公式。然后按照試驗(yàn)條件限定的邊界條件整理出結(jié)合接觸條件和電學(xué)條件的壓痕力電耦合本構(gòu)方程。作者研究了有無(wú)外電場(chǎng)作用下壓電陶瓷的壓痕響應(yīng)。著重研究了電場(chǎng)作用對(duì)壓電陶瓷材料壓痕響應(yīng)的影響。考慮了在微納米壓痕力值控制模式下,選擇4個(gè)不同的力值控制參數(shù),在每一個(gè)固定的控制力值下,均進(jìn)行電場(chǎng)條件變化的力電耦合場(chǎng)微納米壓痕實(shí)驗(yàn)。通過(guò)改變外電場(chǎng)條件(U=0V~200V),橫縱向?qū)Ρ萈ZT壓電陶瓷力電耦合微納米壓痕實(shí)驗(yàn)對(duì)其壓痕載荷—壓入深度關(guān)系曲線和基本力學(xué)參數(shù)的影響,以及力電耦合作用對(duì)PZT壓電陶瓷力學(xué)性能參數(shù)的影響趨勢(shì)。并且利用Olympus光學(xué)顯微鏡觀測(cè)PZT壓電陶瓷力電耦合微納米壓痕形貌,通過(guò)對(duì)比不同電場(chǎng)條件下的壓痕形貌,總結(jié)出力電耦合場(chǎng)對(duì)PZT壓電陶瓷使用性能的影響。本文還針對(duì)石英晶片材料開(kāi)展了力電耦合微納米壓痕響應(yīng)的試驗(yàn)研究,通過(guò)固定外電場(chǎng)條件,將微納米壓痕實(shí)驗(yàn)控制模式作為變量,研究力電耦合場(chǎng)是否對(duì)石英晶片的力學(xué)性能參數(shù)造成影響,以及石英晶片的電學(xué)性能參數(shù)在力電耦合微納米壓痕試驗(yàn)中的改變趨勢(shì)及其影響因素。
【關(guān)鍵詞】：壓電陶瓷 石英晶體 納米壓痕 多物理場(chǎng)和力電耦合響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM282
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-30
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-27
• 1.2.1 壓痕響應(yīng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.2 多物理場(chǎng)耦合材料壓痕響應(yīng)研究17-27
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容27-30
• 第2章 力電耦合壓痕試驗(yàn)原理與方法30-44
• 2.1 力電耦合微納米壓痕試驗(yàn)原理與基本理論30-38
• 2.1.1 力電耦合微納米壓痕試驗(yàn)原理30-32
• 2.1.2 壓痕響應(yīng)基本理論32-36
• 2.1.3 力電耦合壓痕響應(yīng)基本理論36-38
• 2.2 試件樣品的制備38-41
• 2.2.1 壓電陶瓷材料試驗(yàn)試件選擇范圍38-40
• 2.2.2 力電耦合微納米壓痕試驗(yàn)試件制備方法40-41
• 2.3 力電耦合微納米壓痕試驗(yàn)方法41-42
• 2.4 本章小結(jié)42-44
• 第3章 壓電陶瓷微納米壓痕響應(yīng)的試驗(yàn)研究44-58
• 3.1 試驗(yàn)系統(tǒng)的組成與原理44
• 3.2 PZT壓電陶瓷的壓痕響應(yīng)研究44-53
• 3.2.1 PZT壓痕響應(yīng)的測(cè)試45-46
• 3.2.2 基本力學(xué)參數(shù)的測(cè)定46-52
• 3.2.3 壓痕形貌分析52-53
• 3.3 SiO_2壓電晶體薄片的壓痕響應(yīng)研究53-55
• 3.3.1 壓痕響應(yīng)的測(cè)試53-54
• 3.3.2 基本力學(xué)參數(shù)的測(cè)定54-55
• 3.4 本章小結(jié)55-58
• 第4章 壓電陶瓷力電耦合微納米壓痕響應(yīng)的研究58-82
• 4.1 PZT壓電陶瓷力電耦合微納米壓痕響應(yīng)研究58-75
• 4.1.1 壓痕響應(yīng)的測(cè)試60-62
• 4.1.2 基本力學(xué)參數(shù)的測(cè)定62-75
• 4.2 SiO_2壓電晶體薄片力電耦合微納米壓痕響應(yīng)研究75-79
• 4.2.1 壓痕響應(yīng)的測(cè)試75-76
• 4.2.2 基本力學(xué)-電學(xué)參數(shù)的測(cè)定76-79
• 4.3 本章小結(jié)79-82
• 第5章 總結(jié)與展望82-84
• 5.1 總結(jié)82-83
• 5.2 展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-92
• 作者成果簡(jiǎn)介92-94
• 致謝94

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：916032