鐵電陶瓷具有力電耦合性能,被廣泛應用于各種傳感器、智能材料與智能結構以及儲存、記憶器等諸多領域中。鐵電陶瓷種類繁多,其中鈣鈦礦結構的Pb（Zr,Ti）O3（PZT）基鐵電陶瓷是目前最具有應用價值的一類鐵電材料,也是當今國內外研究的熱點。本文關注的是處于鐵電（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）,同時在外接負載上釋放出強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)和國防領域有廣泛的應用前景。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,沖擊應力造成材料機械性能失效,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,在準靜態(tài)單軸壓縮、動態(tài)單軸壓縮、三點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、本構響應、微裂紋損傷演化等特性,討論了極化... 

【文章來源】：寧波大學浙江省

【文章頁數】：148 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

鈣鈦礦結構的一個結構單元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雜。圖1.4 準靜態(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 微孔結構對 PZT 鐵電陶瓷的力學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，多數材料的力學行為對微孔洞的存在均較為敏感。1.微孔結構對各類型材料力學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，具有低密度高強度的物理、力學特性，其主要源于材料內部孔壁的彈性吸收了壓力產生的能量。在金屬材料中，王永剛[66]等人對孔隙率為 3.3%的高純鋁進行沖擊壓縮及拉伸行為實驗研究，結果顯示在 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 沖擊速度下出現動態(tài)破壞

鐵電陶瓷的力學性能及失效研究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體，普遍包含著不同尺度的缺陷，而當脆性介質受到外力載荷作用時，微裂紋將在這些缺陷的周圍產生并且擴展、聚合導致材料宏觀上的破壞。因此，微孔結構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)現對作為高強脆性材料的金屬玻璃適當的進行人工預制孔洞可以有效的提高其韌性，通過單軸壓縮實驗試樣回收的結果顯示（如圖 1.5）微孔洞的添加導致材料發(fā)生剪切帶分叉和相互作用，從宏觀上提高了塑性應變。Keigo[68]等人通過四點彎曲實驗對含孔隙陶瓷的斷裂強度與微孔尺寸的相關性進行研究，結果表明含孔隙陶瓷的斷裂強度明顯低于高密度的陶瓷，另外，缺陷的尺寸對斷裂強度大小有著明顯的影響，并且斷裂能隨著裂紋所經過孔隙尺寸的增加而增加。Leguillon[69]等人在線彈性力學的基礎上通過簡化的模型說明了單一孔洞在裂紋擴展過程中鈍化效應的機制

【參考文獻】：
期刊論文
[1]多孔PZT95/5鐵電陶瓷的機械性能和鐵電性能研究[J]. 曾濤,白楊,沈喜訓,王保峰,董顯林,周志勇.  無機材料學報. 2014(07)
[2]致密PZT95/5鐵電陶瓷低溫相結構與電性能研究[J]. 蘭春鋒,聶恒昌,陳學鋒,王軍霞,王根水,董顯林,劉雨生,賀紅亮.  無機材料學報. 2013(05)
[3]數字散斑相關方法測定巖石Ⅰ型應力強度因子[J]. 代樹紅,馬勝利,潘一山,董子賢.  巖石力學與工程學報. 2012(12)
[4]鐵電陶瓷PZT53多軸力電耦合下的屈服行為[J]. 萬強,陳常青,沈亞鵬.  實驗力學. 2008(05)
[5]SHPB試驗中試件的軸向應力均勻性[J]. 毛勇建,李玉龍.  爆炸與沖擊. 2008(05)
[6]PZT 95/5鐵電陶瓷的沖擊壓縮Hugoniot特性研究[J]. 劉高旻,杜金梅,劉雨生,譚華,賀紅亮.  高壓物理學報. 2008(01)
[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)
[8]脆性基多孔材料孔洞的尺寸效應及其破壞模式研究[J]. 段進超,唐春安,常旭.  巖土力學. 2007(03)
[9]有限桿中不可逆相邊界的傳播規(guī)律及其應用[J]. 徐薇薇,唐志平,張興華.  高壓物理學報. 2006(04)
[10]PZT基反鐵電材料研究進展[J]. 夏志國,李強.  人工晶體學報. 2006(04)

博士論文
[1]鐵電材料動態(tài)斷裂力學研究[D]. 陳浩森.清華大學 2015
[2]沖擊波壓縮下鐵電陶瓷力—電失效實驗研究[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制的分子動力學研究[D]. 馬文.國防科學技術大學 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]脆性材料的細觀損傷理論和損傷結構的安定分析[D]. 馮西橋.清華大學 1995



本文編號：3245308