压电陶瓷力电耦合微纳米压痕试验研究

发布时间：2017-09-25 07:09

本文关键词：压电陶瓷力电耦合微纳米压痕试验研究

【摘要】：压电材料作为典型的多物理场耦合材料已经被广泛应用于工业生产、日常生活中。随着智能机电科技和纳米量级电机的并行发展,具有优秀的多物理场耦合性能的压电材料越来越得到重视。大量的理论与试验研究开始采用微纳米压痕实验技术对多物理场下的材料进行了的力学以及电学性能测试。多物理场耦合微纳米压痕试验获得的压痕响应对压电材料力学性能和电学性能的研究有着重要的意义,也是定量分析压电材料各种性能常数的必要依据。根据微纳米压痕测试技术目前在多场耦合材料性能测试中的应用情况的实际需求,本文进行了力电耦合测试试验的相应研究。基于典型压电陶瓷材料在力电耦合微纳米压痕试验中存在压痕力学响应与电学响应两类试验,本文研究了横观各向同性压电材料以及压电性石英晶片的力电耦合响应。作者在对微纳米压痕测试、特别是压电材料多物理场耦合微纳米压痕响应领域国内外发展现状进行综述分析的基础上,构建了力电耦合微纳米压痕试验系统,由此着重针对压电陶瓷材料和石英晶片开展了力电耦合条件下压痕响应的研究。论文首先对力电耦合条件下的压电陶瓷压痕分析理论进行整理,结合本文进行的试验内容和相关试验参数,归纳出与微纳米压痕理论以及压电效应理论相融合的电学响应和力学响应的理论公式。然后按照试验条件限定的边界条件整理出结合接触条件和电学条件的压痕力电耦合本构方程。作者研究了有无外电场作用下压电陶瓷的压痕响应。着重研究了电场作用对压电陶瓷材料压痕响应的影响。考虑了在微纳米压痕力值控制模式下,选择4个不同的力值控制参数,在每一个固定的控制力值下,均进行电场条件变化的力电耦合场微纳米压痕实验。通过改变外电场条件(U=0V~200V),横纵向对比PZT压电陶瓷力电耦合微纳米压痕实验对其压痕载荷—压入深度关系曲线和基本力学参数的影响,以及力电耦合作用对PZT压电陶瓷力学性能参数的影响趋势。并且利用Olympus光学显微镜观测PZT压电陶瓷力电耦合微纳米压痕形貌,通过对比不同电场条件下的压痕形貌,总结出力电耦合场对PZT压电陶瓷使用性能的影响。本文还针对石英晶片材料开展了力电耦合微纳米压痕响应的试验研究,通过固定外电场条件,将微纳米压痕实验控制模式作为变量,研究力电耦合场是否对石英晶片的力学性能参数造成影响,以及石英晶片的电学性能参数在力电耦合微纳米压痕试验中的改变趋势及其影响因素。
【关键词】：压电陶瓷 石英晶体 纳米压痕 多物理场和力电耦合响应
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM282
【目录】：

摘要5-7
Abstract7-12
第1章绪论12-30
1.1 研究背景及意义12-13
1.2 国内外研究现状13-27
1.2.1 压痕响应的国内外研究现状13-17
1.2.2 多物理场耦合材料压痕响应研究17-27
1.3 本文的主要研究内容27-30
第2章力电耦合压痕试验原理与方法30-44
2.1 力电耦合微纳米压痕试验原理与基本理论30-38
2.1.1 力电耦合微纳米压痕试验原理30-32
2.1.2 压痕响应基本理论32-36
2.1.3 力电耦合压痕响应基本理论36-38
2.2 试件样品的制备38-41
2.2.1 压电陶瓷材料试验试件选择范围38-40
2.2.2 力电耦合微纳米压痕试验试件制备方法40-41
2.3 力电耦合微纳米压痕试验方法41-42
2.4 本章小结42-44
第3章压电陶瓷微纳米压痕响应的试验研究44-58
3.1 试验系统的组成与原理44
3.2 PZT压电陶瓷的压痕响应研究44-53
3.2.1 PZT压痕响应的测试45-46
3.2.2 基本力学参数的测定46-52
3.2.3 压痕形貌分析52-53
3.3 SiO_2压电晶体薄片的压痕响应研究53-55
3.3.1 压痕响应的测试53-54
3.3.2 基本力学参数的测定54-55
3.4 本章小结55-58
第4章压电陶瓷力电耦合微纳米压痕响应的研究58-82
4.1 PZT压电陶瓷力电耦合微纳米压痕响应研究58-75
4.1.1 压痕响应的测试60-62
4.1.2 基本力学参数的测定62-75
4.2 SiO_2压电晶体薄片力电耦合微纳米压痕响应研究75-79
4.2.1 压痕响应的测试75-76
4.2.2 基本力学-电学参数的测定76-79
4.3 本章小结79-82
第5章总结与展望82-84
5.1 总结82-83
5.2 展望83-84
参考文献84-92
作者成果简介92-94
致谢94

【参考文献】

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