PZT95/5铁电陶瓷材料力—电响应及击穿失效研究

发布时间：2024-12-22 01:17

　　PZT95/5铁电陶瓷是一类处于铁电相(FE)与反铁电相(AFE)相界附近的特殊铁电功能性材料,其具有丰富的细微观结构特征与强力-电耦合效应,在压力、温度、电场等外场诱导下极易发生结构相变并伴随着力学和电学等性能的显著变化。在外场作用下,特别是冲击机械载荷下PZT95/5铁电陶瓷能够实现FE-AFE相变的迅速转换,快速(微秒量级)释放束缚电荷而产生强的电流/电压输出,在高功率爆电电源、军工和核技术等高新技术装置与特殊装备领域有着极为重要的应用。由于PZT95/5铁电陶瓷的FE-AFE相变过程与快速放电响应是一涉及材料科学、力学、电学的多学科交叉领域,其在外场作用下的力-电耦合相变特征、放电机制及其力-电失效一直是该类铁电功能材料在工程与应用研究领域中的基础性科学问题与热点课题。针对PZT95/5铁电材料的FE-AFE相变动力学过程以及静电场、冲击加载下的力-电耦合作用的电击穿失效等,本文开展了较为系统的理论和定量研究。首先,考虑PZT95/5铁电相变过程中的FE和AFE共存的特征,我们从铁电宏观唯象理论及Kittel反铁电相表征关系建立了一描述多场(如电场、力场等)作用下铁电-反铁电相变...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 PZT95/5 铁电陶瓷功能材料及其相变特征
        1.1.1 PZT铁电陶瓷功能材料简介
        1.1.2 PZT95/5 铁电陶瓷铁电-反铁电相变基本特征
        1.1.3 PZT95/5 铁电陶瓷力-电效应及应用
    1.2 PZT95/5 铁电陶瓷力-电响应及相变研究现状
        1.2.1 静压下的力-电响应及相变研究
        1.2.2 冲击载荷下的力-电响应及相变研究
        1.2.3 铁电、反铁电体相变热力学唯象研究
        1.2.4 力-电转化及电击穿失效
    1.3 本文工作
第二章 PZT95/5 铁电-反铁电相变机制与唯象模型
    2.1 铁电-反铁电相变动力学理论模型
        2.1.1 铁电、反铁电体的微观晶格特征
        2.1.2 铁电-反铁电相变动力学唯象模型
    2.2 等静压下铁电-反铁电相变唯象模型与热力学过程
    2.3 等静压下铁电、反铁电相宏观性能表征与分析
        2.3.1 系统Gibbs自由能变化特征
        2.3.2 极化强度和力学特征随压力和温度的演化特征
    2.4 本章小结
第三章 PZT95/5 静电场下的电击穿失效模型与预测
    3.1 通道电击穿理论模型
    3.2 通道电击穿端部局部电场集中效应的修正
    3.3 模型预测结果与讨论
    3.4 本章小结
第四章 PZT95/5 冲击加载下的电击穿失效与临界电场
    4.1 PZT95/5 冲击加载下的放电过程与特征
        4.1.1 去极化放电弛豫模型
        4.1.2 简化模型
    4.2 PZT95/5 冲击加载下的电击穿失效临界电场
    4.3 电击穿临界场强预测结果与讨论
        4.3.1 上、下临界场强预测
        4.3.2 临界场强的影响分析
    4.4 本章小结
第五章 PZT95/5 铁电陶瓷力学行为的纳米压痕实验研究
    5.1 纳米压痕测试仪及测试原理
        5.1.1 纳米压痕仪与测试原理
        5.1.2 纳米压痕试验中的影响因素
    5.2 实验方案及准备
    5.3 实验结果与讨论
        5.3.1 不同PZT95/5 铁电陶瓷杨氏模量与硬度对比分析
        5.3.2 不同PZT95/5 铁电陶瓷载荷位移曲线及表面形貌分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
在研期间研究成果
致谢



本文编号：4019213