冲击荷载下PZT5电畴翻转研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)测量装置,结合谐振频率、电滞回线、X射线衍射3种方法对PZT5在冲击荷载作用下的电畴翻转进行实验分析。研究表明,在冲击荷载作用下,PZT5的应力应变曲线和应力电位移曲线存在明显的相似性;冲击前后PZT5的谐振频率、矫顽电场的差值以及90°畴变百分比都随着应变率的增加而增加;压电陶瓷内部90°畴变百分比随着最大应力逐渐增加,当最大应力达到180 MPa左右,PZT5内部电畴翻转明显加剧。

PZT5/(Mg_(0.5)Zn_(0.5))Fe_2O_4复合材料的电磁性能

以PZT5和(Mg0.5Zn0.5)Fe2O4为原料,合成了不同配比的铁电/铁磁复相材料。XRD和SEM研究结果表明复相材料中只含有钙钛矿结构的PZT5和尖晶石结构的(Mg0.5Zn0.5)Fe2O4,无杂相生成,这说明共烧过程中两者没有发生明显的化学反应。介电频谱表明,相对介电常数随PZT5含量的增加而增加(测试频率在30MHz以下),介电温谱表明,居里温度随频率升高而向高温移动(其值分别为250,300,326,372℃)。电滞回线呈现了材料的漏电流较大的特点。磁滞回线表明,这种复相材料具有亚铁磁性,饱和磁化强度随铁氧体含量的增加而增加。性能测试表明,这种由PZT5和(Mg0.5Zn0.5)Fe2O4共同组成的复相材料对外同时表现出铁电性和铁磁性。

基于ANSYS的1-3型水泥基压电复合材料力电响应分析

运用ANSYS有限元方法,分别对PZT5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的力电响应进行了模拟分析。分析结果表明:在位移约束和面载荷下,PZT5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料上的最大位移和最大电势均发生在压电陶瓷(柱)上表面,且产生的最大电压均发生在最大位移处,陶瓷在垂直方向上的电势与位移分层明显且一致。

PZT95/5铁电陶瓷晶粒度对冲击波作用下击穿电压的影响

在气炮加载条件下,分别测试了两种晶粒度的PZT95/5铁电陶瓷样品在冲击波作用下的击穿电压,并采用Weibull分布分析了所获得数据.结果表明,PZT95/5铁电陶瓷在冲击波作用下的击穿电压分布可以用二参数Weibull分布模型描述,从击穿电压密度分布函数和失效率函数来看,晶粒度为2.5μm的PZT95/5样品的击穿电压分布优于晶粒度为7μm的PZT95/5样品击穿电压分布.

轻小型高电压大电流脉冲电源研制

Pb（Zr0.95Ti0.05）O3（PZT95/5）铁电陶瓷具有较大的剩余极化强度,在冲击波压力作用下会发生铁电–反铁电相变去极化,从而释放出铁电陶瓷内部的束缚电荷。为此提出一种新型的小型高电压大电流脉冲电源,以炸药驱动铁电体脉冲发生器作为初始电源,为高电压脉冲电容器提供充电电流,当充电结束时电容器电压达到最大值,再触发电容器放电开关使其闭合,可在高阻抗负载上获得快前沿高电压、大电流电脉冲。实验设计的PZT95/5铁电陶瓷电源输出矩形脉冲电流,最大值约47 A、脉冲宽度约3.9μs、上升前沿210 ns,经脉冲电容器和锐化开关进行脉冲调制后,在负载上获得脉冲电流峰值大于1 kA、脉冲半高宽约130 ns、上升前沿15 ns,负载电压达到80 kV以上。实验结果与理论计算基本一致,为研制轻小型高电压脉冲源提供了一种新的技术途径。

PZT95/5铁电陶瓷脉冲源用于nF电容器充电

采用简化的物理模型 ,分析了以电容为负载的PZT95 /5铁电陶瓷在冲击波加载下的电响应规律以及极化能的释放和转移特性 ,并运用爆炸平面冲击波垂直加载技术 ,对其在nF电容器下的输出特性进行了试验研究。

斜入射冲击波加载下PZT95/5铁电陶瓷的放电特性研究

研究了冲击波倾斜入射PZT95/5铁电陶瓷时的放电特性。结果表明,在小负载条件下,随着入射倾斜角的增加,PZT95/5铁电陶瓷放电电流波形前沿变缓,脉宽时间增加,波形从单脉冲方波演变成梯形波,甚至锐变成三角波。

多孔PZT95/5铁电陶瓷材料研究进展

基于铁电材料冲击波去极化效应的高功率脉冲电源在国防和高新技术领域具有重要应用。PZT95/5铁电陶瓷是目前铁电体高功率脉冲电源应用的理想材料。近年来,多孔PZT95/5铁电陶瓷被发现具有更优异的综合性能而引起广泛关注。本文概述了多孔PZT95/5铁电陶瓷在微结构与性能调控、冲击波加载下的响应行为以及抗冲击损伤机制等方面的最新进展。研究发现,具有合适气孔率和气孔分布的多孔PZT95/5铁电陶瓷具有优异的抗冲击损伤和耐电击穿性能;多孔脆性材料中破碎介质的"滑移与转动"变形机制增强了材料的塑性变形,从而提高了多孔材料的抗冲击损伤性能。最后,简要介绍了BNT基无铅铁电陶瓷以及PIN-PMN铁电单晶在高功率脉冲电源方面应用的研究进展,并对未来研究工作提出展望。

掺杂的PZT95/5陶瓷粉体性能

掺杂对PZT95/5压电陶瓷粉体的性能有较大影响.采用溶胶-凝胶法制备PZT95/5粉体,选择不同掺杂物进行改性,研究其对粉体的粒度均匀性、分散性、合成纯度等性能影响.结果表明,不同掺杂物在一定程度上都可提高溶胶的分散性;掺杂Nb5+以可溶性铌盐(C10H8N2O33Nb2)液相引入时,合成粉体的分散效果和合成纯度都要比以固相Nb2O5粉体引入时好;中性掺杂物SiO2具有降低合成温度和抑制烧绿石相形成的作用,且合成粉体的粒度均匀、分散性好.

PZT基反铁电材料研究进展

在综述Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电材料的研制与性能研究进展的基础上,重点探讨了PZT95/5反铁电材料和在PZT基础上掺杂改性的Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST),(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3(PLZST)反铁电材料。总结了利用La3+、Nb4+、H f4+、Sr2+、Ba2+和Nd3+等离子对富锆PZT以及PZST粉体、陶瓷以及薄膜材料的掺杂取代改性研究。讨论了各类PZT基反铁电材料的铁电(FE)-反铁电(AFE)相变机理以及其场致应变性能。展望了PZT基反铁电材料今后研究与应用的发展方向。

PZT95/5铁电陶瓷击穿的统计分析

采用垂直加载冲击波方式实验研究了 PZT95 / 5铁电陶瓷的电击穿现象。对实验数据的统计分析表明 ,PZT95 /5的击穿可用弱点击穿理论解释 ,符合 weibull分布 ,其几何效应参数≈

PZT95/5粉体的冲击合成反应机理初探

采用柱面冲击波回收装置,通过炸药爆轰产生的冲击波作用于Pb4O3、ZrO2和TiO2混合物粉体以合成PZT95/5粉体。通过对回收粉体进行的X射线衍射(XRD)分析,并结合冲击波理论,从实验和理论两个方面探讨了PZT粉体的合成机理和过程。结果表明,PZT的合成反应与Pb3O4的分解反应几乎同时进行,由于冲击波的特殊性,系统的温度和压力能同时满足Pb3O4分解和PZT合成的反应热力学条件,由Pb3O4分解的PbO一旦形成,就立刻与ZrO2、TiO2等氧化物反应生成PZT;冲击波合成PZT粉体属于特殊的固相反应,物质的扩散速度和反应速度大大提高。

柱面冲击波合成对PZT 95/5粉体性能及烧结特性的影响

以Pb_3O_4、ZrO_2、TiO_2和Nb_2O_5为原料,按Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3+1%Nb_2O_5配料混合,采用柱面冲击波装置对粉料进行冲击合成,研究了冲击波作用对粉体性能和烧结特性的影响,并利用球模型推导的扩散机制的烧结方程获得PZT95/5陶瓷的烧结活化能.结果表明,利用冲击波的高温高压作用可以合成单一钙钛矿相PZT95/5粉体,同时由于冲击波的活化作用和破碎作用,使粉体晶粒细化,并产生了一定程度的晶格畸变,可显著改善陶瓷的烧结性能.该试样在1200℃无压烧结3h,陶瓷体致密度达到7.79g·cm^(-3),其烧结活化能由固相合成试样的242.57kJ·mol^(-1)降低为115.12kJ·mol^(-1),起到活化烧结的目的.

非均相沉淀法制备PLZT富锆陶瓷及其电击穿性能研究

PZT95/5型铁电陶瓷的抗电击穿强度对材料的实际应用至关重要,实际应用中PZT95/5型铁电陶瓷较低的抗电击穿强度限制了它的应用;选择了PZT95/5型铁电陶瓷材料为研究对象,以提高材料的抗电击穿强度为目的,从材料的制备工艺、材料的微观结构的优化以及电击穿性能等方面,探索提高PZT95/5型铁电陶瓷抗电击穿强度的途径;采用了传统固相法、非均相沉淀法制备出了不同微观结构和性能的PZT95/5型铁电陶瓷;研究表明,采用非均相沉淀法制备了PZT95/5型铁电陶瓷,其介电、压电、铁电性能和抗电击穿性能都优于传统固相法所制备陶瓷的性能;根据弱点导致电击穿的理论,采用韦布尔分布表征和研究了所制备的PZT95/5型铁电陶瓷的电击穿性能。

合成和烧结工艺对PZT95/5陶瓷致密化影响的研究

以Pb3O4、ZrO2和TiO2为原料,Nb2O5为掺杂剂,利用固相法制备钙钛矿型PZT95/5陶瓷。采用正交实验优化合成和烧结工艺,综合分析了合成温度、合成时间、烧结温度、烧结保温时间、升温速率和烧结气氛对陶瓷体致密化影响的规律性变化。结果表明:其中合成温度和烧结温度是影响陶瓷致密化的重要因素。

电场、残余应力和介质对PZT-5H铁电陶瓷压痕裂纹扩展的耦合作用

通过在硅油中加恒电场实验,研究了PZT-5H铁电陶瓷Vickers压痕裂纹的扩展行为,探讨了电场、残余应力以及介质间的耦合作用.结果表明,残余应力不足以使压痕裂纹在硅油中发生滞后扩展,只有外加恒电场E>0.2 kV/cm,电场、残余应力和介质的耦合才能使压痕裂纹在经过一个孕育期tp后发生滞后扩展.由于有效应力强度因子随裂纹扩展而下降,故压痕裂纹扩展10-30 μm后就将止裂.压痕裂纹在硅油中滞后扩展的门槛电场强度EDp=0.2 kV/cm.如外加电场大于临界电场Ep=5.25 kV/cm,电场和残余应力的耦合可使压痕裂纹瞬时扩展;保持恒电场,裂纹能继续扩展,然后止裂.如外加电场大于12.6 kV/cm,不需要残余应力协助,电致裂纹也能在光滑试样上形核、长大、连接,导致试样断裂.试样发生电致滞后断裂的门槛电场EDF=12.6 kV/cm,发生瞬时断裂的临界电场EF=19.1 kV/cm.

冲击合成PZT95/5的X射线电子能谱

以Pb3O4、ZrO2和TiO2粉体为原料,利用柱面冲击波合成了单一的钙钛矿相Pb(Zr0.95Ti0.05)O3(即PZT95/5)粉体,用X射线衍射(XRD)和X射线电子能谱(XPS)对PZT的物相、元素化学态、分子结构和成分含量进行了表征。冲击合成粉体和制备陶瓷的XPS结果表明,除表面存在少量的吸附氧外,样品中存在PZT结构中的Pb、Zr和O,陶瓷的元素定量计算接近样品的配比。且冲击压缩造成PZT中ZrO、PbO键的键长降低,引起冲击合成粉体的Pb4f、Zr3d结合能增大。利用固相合成粉体制备陶瓷的Zr3dXPS比冲击合成粉体制备陶瓷的Zr3dXPS多2个峰,对应于少量游离ZrO2被还原的低价锆离子。

过量PbO对PZT95/5铁电陶瓷结构和性能的影响

用固相反应法合成组成为Pb0.99+x(Zr0.95Ti0.05)0.98Nb0.02O3+x(x为PbO过量比)的陶瓷粉体,经1200℃烧结2h得到陶瓷样品,研究过量PbO对陶瓷结构和性能的影响。研究发现,过量的PbO将会进入晶格导致晶胞变大;随着铅含量的增加样品的晶粒尺寸增加,维氏硬度减小;当铅过量x=2mol%的时候,样品获得最大的密度7.69g/cm3和最大的相对介电常数325。

Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3粉体的冲击波合成及烧结研究

以ZrO_2、Pb_3O_4和TiO_2为原料(Nb_2O_5为掺杂剂),采用柱面冲击波装置合成了Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05)) O_3(PZT95/5)粉体,并对粉体活性及其烧结性能进行了研究。XRD及SEM分析表明,利用冲击波的高温高压作用可以合成单一钙钛矿相PZT95/5粉体,并使得粉体发生了晶粒细化与晶格畸变,这有利于增强粉体活性,促进低温活化烧结。该粉体在1100℃的低温下即可烧结成瓷;在1200℃烧结3h,陶瓷体致密度达到最大,约7．79g/cm^3,且晶粒尺寸相近,分布均匀。中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰波物理实验室。

胶凝剂对Sol-Gel法合成PZT95/5粉体的影响

在以无机盐为主要反应前驱物、水为主要溶剂的溶胶-凝胶法制备PZT95/5粉体中,胶凝剂具有重要的作用。研究表明:胶凝剂主要起到调节溶液pH值的作用,可影响溶胶和凝胶的形成,并影响凝胶的微观结构和PZT粉体的性能;当选用氨水为凝胶剂时,控制pH值在3.5～4.0时对溶胶-凝胶的形成有利,且在700℃/2.5h煅烧后能合成单一钙钛矿相PZT95/5粉体,粉体粒度细且均匀。