PZT、PVDF鐵電材料力電耦合性能的鼓包法測試分析.pdf

1、壓電、鐵電材料在國防、電子、工業(yè)等方面有著廣泛的應(yīng)用，對高科技新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大影響。鐵電材料的關(guān)鍵參數(shù)及力電失效機(jī)制的分析對提高材料的應(yīng)用范圍以及其可靠性具有至關(guān)重要的意義。本文首先發(fā)展了一種基于鼓包法的鐵電材料力電本構(gòu)測試模型，可用于測試力電耦合作用下新型鐵電材料的彈性剛度系數(shù)、壓電系數(shù)和彈性模量；自主完善了鼓包實驗測試系統(tǒng)，完成了PZT-4壓電陶瓷、PZT薄膜和PVDF薄膜材料的力電耦合鼓包測試，并獲得了以上三種材料的彈性剛度

2、系數(shù)、壓電系數(shù)和彈性模量；進(jìn)一步分析了在不同力電耦合作用下材料的電滯回線特征，討論了剩余極化、矯頑場、飽和極化三個關(guān)鍵參數(shù)的演變情況。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、沤⒘髓F電材料鼓包斷裂測試的本構(gòu)模型?；趥鹘y(tǒng)的鼓包法，對鐵電材料的鼓包測試模型進(jìn)行推導(dǎo)。以鐵電陶瓷為例，根據(jù)材料的特性結(jié)合其系數(shù)矩陣以及傳統(tǒng)鼓包法的力學(xué)模型，對力電耦合作用下鐵電陶瓷的本構(gòu)方程進(jìn)行推導(dǎo)，得到了在力電耦合作用下鐵電材料的鼓包模型，進(jìn)而得到鐵電陶瓷的彈性剛度

3、常數(shù)以及壓電系數(shù)。該模型可用于測試新型鐵電及鐵電復(fù)合材料在力電耦合下的性能參數(shù)，為測量新型鐵電材料的性能提供一種實驗測試手段。
　?、评酶倪M(jìn)的鼓包力電耦合測試裝置分析了商業(yè)化PZT-4陶瓷片的力電耦合性能。根據(jù)不同電場強(qiáng)度下材料的壓力-撓度曲線，結(jié)合鼓包力電耦合模型得到 PZT-4陶瓷片的彈性剛度系數(shù)c13的值為10212.56?10 N m。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)對壓電系數(shù)e13進(jìn)行計算，結(jié)果表明壓電系數(shù)e13的值隨著外加電壓的增加而減

4、小。對不同電壓下的電滯回線進(jìn)行測試，結(jié)果表明：隨著外加壓力的增加電滯回線變得扁平，其剩余極化強(qiáng)度、最大極化強(qiáng)度減小，矯頑場的值增大。同時得到PZT-4陶瓷片的彈性模量的值為72.27 GPa，殘余應(yīng)力的值為51.72 MPa。
　?、抢酶倪M(jìn)的鼓包力電耦合測試裝置分析了PZT[Pb(Zr0.52Ti0.48)O3鐵電薄膜的力電耦合性能。首先在不同壓力下對PZT薄膜的電滯回線進(jìn)行測量，結(jié)果表明：隨著壓力的增加，薄膜材料的剩余極化強(qiáng)度

5、減小，而矯頑場呈現(xiàn)增大的趨勢。測量不同外加電場下PZT薄膜的壓力-撓度曲線，得到不同電壓下PZT薄膜的彈性模量隨著電壓的變化關(guān)系。結(jié)果表明：當(dāng)電壓從0V增加到14V，PZT鐵電薄膜彈性模量值從3.29 GPa增加到5.02 GPa。
　?、壤酶倪M(jìn)的鼓包力電耦合測試裝置分析了聚偏氟乙烯(PVDF)高分子鐵電聚合物薄膜的力電耦合性能。首先測試了不同壓力下 PVDF薄膜的壓力-撓度曲線，得到其彈性模量的平均值為1.93 GPa。測試不