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压电陶瓷的场致疲劳与非线性研究

作者：王伟强 Publish: 2007-6-27 Hits:-

【中文题名】

压电陶瓷的场致疲劳与非线性研究

【英文题名】

Study on Field-Induced Fatigue and Nonlinearity of Piezoelectric Ceramics

【学科专业】

材料科学与工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-6-27

【中关键词】

压电陶瓷,PZT,电致疲劳,微结构,,

【英关键词】

piezoelectric ceramic,PZT,electric fatigue,microstructure,

【分类导航】

工业技术>电工技术>电工材料>电工陶瓷材料>压电陶瓷材料>

【论文摘要】

本文对PZT基压电陶瓷的疲劳特性及机理进行了系统的研究。研究发现,疲劳之后的铁电性能、压电性能和介电性能恶化。在相同幅值的正弦电场下疲劳,处于准同型相界的成分疲劳最为严重,晶界上的应力集中和点缺陷聚集是造成疲劳的原因。当外电场小于矫顽场时疲劳不明显,疲劳电场的场强越大,疲劳速率越快。相同的幅值下,方波的电场比正弦电场更容易引起疲劳。压电常数的降低程度与极化强度的疲劳不相一致,两者的疲劳机理存在相异之处。研究了PZT-PMN-PNN和PZT(55/45)材料在偏压和单极电场下的疲劳特性。实验发现,在偏压和单极疲劳下,极化强度并没有损失,但压电性仍然劣化了,而且压电常数的降低是一个很快速和突然的过程。在逆着极化方向的电场疲劳下,电滞回线发生偏移,矫顽场增大。PZT-PMN-PNN的压电常数和介电常数的降低成线性关系。利用空间电荷和缺陷偶极子对铁电畴的部分钉扎的机制可以很好的解释偏压和单极疲劳的现象。疲劳机理研究中发现,疲劳后的铁电性能和压电性能下降是电学、力学、电化学作用综合造成的结果,电极损伤、电畴翻转能力的下降、微裂纹的出现都对疲劳有作用。本文还研究了PZT压...

【论文题纲】

摘要	3-4
Abstract	4-8
第1章引言	8-18
1.1 压电基本理论	8-10
1.1.1 压电效应和压电方程	8-9
1.1.2 铁电性与铁电理论	9
1.1.3 极化	9-10
1.2 压电材料及其应用	10-11
1.2.1 压电材料的主要类型	10
1.2.2 锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷	10-11
1.2.3 压电材料的应用	11
1.3 压电疲劳研究的由来	11-12
1.4 压电疲劳研究的现状与发展	12-18
1.4.1 压电陶瓷疲劳机理	13-14
1.4.2 影响压电陶瓷疲劳的因素	14-18
第2章不同组分的 PZT 压电陶瓷的疲劳特性研究	18-37
2.1 引言	18
2.2 实验方法	18-19
2.2.1 样品制备	18-19
2.2.2 性能测试仪器与方法	19
2.3 结构与性能表征	19-24
2.4 不同相的PZT 在正弦交变电场下的疲劳特性	24-27
2.5 相界附近的PZT 的疲劳特性	27-30
2.6 疲劳电场对于压电陶瓷疲劳的影响	30-37
2.6.1 疲劳电场的场强对于疲劳的影响	30-33
2.6.2 疲劳电场的波形对于疲劳的影响	33-37
第3章压电陶瓷的单极疲劳特性研究	37-45
3.1 实验过程	37-38
3.2 PZT-PMN-PNN 在偏压和单极电场下的疲劳特性	38-41
3.3 PZT(55/45)在偏压和单极电场下的疲劳特性	41-44
3.4 本章小结	44-45
第4章压电陶瓷疲劳机理研究	45-56
4.1 利用XRD 分析压电陶瓷疲劳过程中的畴变和点阵常数的变化	45-52
4.2 压电陶瓷疲劳过程中的微结构变化	52-55
4.2.1 疲劳电极的损伤	52-53
4.2.2 疲劳裂纹的出现	53-55
4.3 本章小结	55-56
第5章场致疲劳对压电陶瓷介电非线性的影响	56-71
5.1 PZT 压电陶瓷的非线性介电响应	56-61
5.2 PZT 压电陶瓷的疲劳对介电响应的影响	61-66
5.3 PZT-PMN-PNN 压电陶瓷的疲劳与非线性介电响应	66-70
5.4 本章小结	70-71
第6章结论	71-73
参考文献	73-77
致谢	77-78
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果	78
个人简历	78
在学期间发表的学术论文	78

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.134676



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