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用，對高科技新型產業(yè)的發(fā)展具有重大影響。鐵電材料的關鍵參數及力電失效機制的分析對提高材料的應用范圍以及其可靠性具有至關重要的意義。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、壓電系數和彈性模量；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、壓電系數和彈性模量；進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、飽和極化三個關鍵參數的演變情況。本研究主要內容包括：
　?、沤⒘髓F電材料鼓包斷裂測試的本構模型?；趥鹘y(tǒng)的鼓包法，對鐵電材料的鼓包測試模型進行推導。以鐵電陶瓷為例，根據材料的特性結合其系數矩陣以及傳統(tǒng)鼓包法的力學模型，對力電耦合作用下鐵電陶瓷的本構方程進行推導，得到了在力電耦合作用下鐵電材料的鼓包模型，進而得到鐵電陶瓷的彈性剛度

3、常數以及壓電系數。該模型可用于測試新型鐵電及鐵電復合材料在力電耦合下的性能參數，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。根據不同電場強度下材料的壓力-撓度曲線，結合鼓包力電耦合模型得到 PZT-4陶瓷片的彈性剛度系數c13的值為10212.56?10 N m。結合實驗數據對壓電系數e13進行計算，結果表明壓電系數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行測試，結果表明：隨著外加壓力的增加電滯回線變得扁平，其剩余極化強度、最大極化強度減小，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，殘余應力的值為51.72 MPa。
　?、抢酶倪M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薄膜的電滯回線進行測量，結果表明：隨著壓力的增加，薄膜材料的剩余極化強度

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系。結果表明：當電壓從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