基于有限元的PMS-PZT壓電陶瓷制備工藝的研究.pdf

1、隨著自然科學(xué)的發(fā)展，壓電學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的一個重要學(xué)科，有關(guān)新材料和新技術(shù)的研究已經(jīng)成為當(dāng)前的一項科學(xué)前沿。三元系PMS-PZT壓電陶瓷材料廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的電子信息產(chǎn)業(yè)、航空航天領(lǐng)域的電子元器件中，利于壓電陶瓷的正逆壓電效應(yīng)進(jìn)行電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換，在無機功能材料領(lǐng)域具有非常重要的地位。
　　PMS-PZT陶瓷制備過程中的粉體模壓成型環(huán)節(jié)，對制品的燒結(jié)收縮和性能參數(shù)的測定有著非常重要的作用。粉體模壓成型是一種最簡單、最直

2、觀、也應(yīng)用最為廣泛的陶瓷成型工藝，對模壓成型工藝進(jìn)行優(yōu)化研究是當(dāng)前壓電陶瓷制備工藝的一項重要的內(nèi)容。研究表明，模壓成型工藝能夠有效制備厚度小于60mm的制品。但是在微觀結(jié)構(gòu)上，制品存在應(yīng)力、密度分布不均的現(xiàn)象，影響壓電陶瓷的性能。本課題在研究壓電陶瓷模壓成型工藝的基礎(chǔ)上，采用二次燒結(jié)工藝制備了三類體積規(guī)格的PMS-PZT陶瓷樣品，薄圓片狀、圓柱狀和薄方塊狀。分析了實驗中出現(xiàn)的變形、彎曲、斷裂以及融化等失效結(jié)果產(chǎn)生的原因。在分析樣品微觀結(jié)

3、構(gòu)、失效和致密度的基礎(chǔ)上，測定了試樣相關(guān)的介電、彈性[S]和壓電[d]參數(shù)。
　　在模壓致密過程中，由于存在著粉體與模具內(nèi)壁之間接觸等復(fù)雜的邊界條件，單純依靠實驗分析很難獲得應(yīng)力分布在微觀結(jié)構(gòu)中的精確解。本課題假設(shè)粉體材料為“可壓縮的連續(xù)體介質(zhì)”，以有限元軟件 ANSYS為平臺，大變形彈塑性理論為基礎(chǔ)建立了 PMS-PZT陶瓷粉體模壓成型的有限元模型?；贒rucker-Prager材料模型，分析了在最大外載荷為70Mpa、粉體與

4、模具內(nèi)壁之間摩擦因數(shù)為0.2下的應(yīng)力分布和粉體流動情況；同時分析了在不同摩擦因數(shù)下坯體內(nèi)部的應(yīng)力分布情況。有限元分析表明，粉壁摩擦是影響壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要因素，這與實驗測試的結(jié)果具有一致性。
　　為了衡量試樣在正逆壓電效應(yīng)下的機電轉(zhuǎn)換特性，課題基于壓電陶瓷機電耦合分析理論，以ANSYS有限元軟件為平臺，建立了以PMS-PZT陶瓷為材料的壓電雙晶片結(jié)構(gòu)模型，耦合分析了PMS-PZT陶瓷試樣的驅(qū)動和感應(yīng)特性。分析表明，在正逆壓電效