新型鼓包儀設(shè)計(jì)研制及多場(chǎng)耦合作用下磁電材料力電性能研究.pdf

1、電磁功能材料由于具備力電/力磁轉(zhuǎn)換功能、較快的響應(yīng)速度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種功能元器件，對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展及新產(chǎn)業(yè)的形成具有重要的意義。層狀電磁功能材料的界面結(jié)構(gòu)、應(yīng)變失配、尺度效應(yīng)、非線性響應(yīng)等因素對(duì)其性能劣化與斷裂破壞失效等可靠性問(wèn)題有重要影響，因此，研究層狀電磁復(fù)合材料的制備與表征方法，發(fā)展多場(chǎng)動(dòng)靜態(tài)加載測(cè)試技術(shù)，對(duì)層狀電磁復(fù)合材料性能劣化和破壞失效機(jī)理具有重要的意義。在傳統(tǒng)鼓包測(cè)試表征方法基礎(chǔ)上，發(fā)展一種多場(chǎng)耦合加載的新型鼓包測(cè)試

2、方法，主要研究在力電耦合外載作用下電磁功能材料的力電響應(yīng)。具體工作內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　(1)多功能鼓包儀的搭建與調(diào)試。該鼓包儀在傳統(tǒng)的鼓包儀器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造升級(jí)，依據(jù)功能的不同分為力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)三個(gè)模塊，分別進(jìn)行力場(chǎng)的施加與力學(xué)性能的測(cè)試，電場(chǎng)的施加與電學(xué)性能的測(cè)試，磁場(chǎng)的施加與磁學(xué)性能的測(cè)試。另外，針對(duì)小尺寸多層結(jié)構(gòu)層狀電磁功能薄膜材料特點(diǎn)，發(fā)展了一種這類材料鼓包試樣的制備方法，申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)。
　　(2)利

3、用自主研制的鼓包實(shí)驗(yàn)設(shè)備，測(cè)定了鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3，PZT)材料在電場(chǎng)作用下的力學(xué)性能，事實(shí)證明外加電場(chǎng)對(duì)于PZT的力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生影響。在0-150V的電壓作用下，PZT的鼓包高度沒(méi)有明顯變化，維持在14.9μm不變。當(dāng)電壓到達(dá)150V之后，鼓包高度開(kāi)始有明顯變化，有顯著減小的趨勢(shì)，從無(wú)電場(chǎng)時(shí)的14.9μm下降到了250V的11.8μm，下降了20.8％。
　　(3)利用自主研制的鼓包實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在不同油壓下對(duì)PZT和

4、PZT/Fe復(fù)合材料進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，二者變化趨勢(shì)一致。對(duì)于PZT材料，當(dāng)油壓為零時(shí)，其最大極化強(qiáng)度大約為0.152C/m2，剩余極化強(qiáng)度為0.117C/m2，矯頑場(chǎng)大約為521kV/m；當(dāng)油壓增加到400KPa時(shí)，其最大極化強(qiáng)度減小為0.064C/m2，下降了58.1%；剩余極化強(qiáng)度大約為0.044C/m2，下降了62.5%；矯頑場(chǎng)大約為617kV/m，增加了18.4%。當(dāng)壓力為400KPa時(shí)，PZT/Fe的最大極化強(qiáng)度下降幅度達(dá)到了

5、22.4%，剩余極化強(qiáng)度下降幅度達(dá)32.1%，而矯頑場(chǎng)隨著油壓的增大有明顯的增大，增幅為18.3%。
　　(4)利用自主研制的鼓包實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)PZT/Fe復(fù)合磁電材料進(jìn)行了不同磁場(chǎng)作用下的電滯回線測(cè)量。當(dāng)磁場(chǎng)方向垂直于厚度方時(shí)，磁場(chǎng)的變化對(duì)電滯回線幾乎沒(méi)有影響。磁場(chǎng)力平行于厚度方向向上時(shí)，最大極化強(qiáng)度有逐步變大的趨勢(shì)，從0.15C/m2增大到了1000Oe下的0.169C/m2，增幅11.3%。剩余極化強(qiáng)度從無(wú)磁場(chǎng)下的0.098C