含孔隙PZT鐵電陶瓷的單軸壓縮力學響應研究.pdf

1、高鋯系 Pb(Zr0.95Ti0.05)O3(PZT95/5)鐵電陶瓷材料是鐵電相和反鐵電相共存的一類鐵電陶瓷，具有非常優(yōu)良的儲能特性。在沖擊載荷加載下，極化后已儲存大量束縛電荷的PZT95/5鐵電陶瓷會在極短時間內發(fā)生菱方鐵電相到正交反鐵電相相變而去極化，從而釋放出儲存的電荷，因此可以用于制備小巧的脈沖能源裝置、爆電起爆裝置等。本文結合數(shù)字散斑技術（DIC）對不同孔隙含量的PZT95/5未極化與極化鐵電陶瓷進行準靜態(tài)單軸壓縮、動態(tài)單軸

2、壓縮（SHPB）實驗，研究不同孔隙含量對材料力學性能的影響。
　　1）準靜態(tài)單軸壓縮實驗下未極化 PZT95/5鐵電陶瓷與極化 PZT95/5鐵電陶瓷的彈性模量、壓縮強度、斷裂應變基本相同，除了斷裂應變不受孔隙率變化影響外，其它均隨孔隙率的增大而下降。根據(jù)體積不變原理分析得到了未極化、極化 PZT95/5的疇變起始點與相變起始點。其中，未極化與極化 PZT95/5的疇變壓力、相變壓力均隨孔隙率增大而下降。未極化 PZT95/5疇變

3、壓力高于極化 PZT95/5的疇變壓力，而兩者的相變壓力恰恰相反，隨著孔隙率的增大兩者的差距逐漸縮小，在孔隙率為18％左右時基本相同。
　　2）動態(tài)單軸壓縮實驗下通過時間與體積應變關系曲線間接得到了未極化、極化PZT95/5鐵電陶瓷不同孔隙率下的相變起始點。未極化PZT95/5的壓縮強度、斷裂應變、疇變壓力、相變壓力均隨孔隙率的增加而下降。極化 PZT95/5的壓縮強度、疇變壓力、相變壓力隨著孔隙率的增加而下降，而斷裂應變在孔隙率

4、小于11%時基本保持不變，當孔隙率大于11%后隨孔隙率增大而減小。未極化 PZT95/5與極化 PZT95/5的壓縮強度在孔隙率小于11%時幾乎相同，而當孔隙率大于11%后未極化 PZT95/5的壓縮強度要高于極化 PZT95/5的壓縮強度。未極化 PZT95/5與極化 PZT95/5的斷裂應變在孔隙率小于13%時幾乎相同，而當孔隙率大于13%后未極化 PZT95/5的斷裂應變要高于極化 PZT95/5的斷裂應變。未極化 PZT95/5

5、的疇變壓力高于極化 PZT95/5的疇變壓力，而兩者的相變壓力大致相同。
　　3）比較了動態(tài)與準靜態(tài)加載下不同孔隙率對未極化、極化 PZT95/5鐵電陶瓷力學性能的影響。準靜態(tài)下未極化 PZT95/5的壓縮強度與動態(tài)下未極化PZT95/5的壓縮強度基本保持一致。在孔隙率為11%左右時準靜態(tài)下極化PZT95/5的壓縮強度與動態(tài)下的壓縮強度基本相同，而在其余孔隙率時準靜態(tài)下極化PZT95/5的壓縮強度均高于動態(tài)下極化 PZT95/5的

6、壓縮強度。準靜態(tài)下未極化與極化 PZT95/5的斷裂應變均高于各自在動態(tài)下的斷裂應變。準靜態(tài)下未極化與極化 PZT95/5的疇變壓力均高于各自在動態(tài)下的疇變壓力。準靜態(tài)下極化 PZT95/5的相變壓力與動態(tài)下極化 PZT95/5的相變壓力幾乎相同。動態(tài)下未極化 PZT95/5的相變壓力高于準靜態(tài)下未極化 PZT95/5的相變壓力。
　　4)構建了PZT95/5鐵電陶瓷在準靜態(tài)單軸壓縮下考慮不同孔隙率影響的非線性純力學本構。本構方程