不同加载压力下PZT-95/5铁电陶瓷放电特性研究

利用轻气炮作为加载手段,对PZT-95/5铁电陶瓷进行冲击波压缩,以实现陶瓷受激相变放电。在涵盖了PZT-95/5陶瓷的相变压力点及雨贡纽弹性极限压力点的加载压力区间内,对其放电特性进行了实验研究。获得了不同加载压力下的PZT-95/5铁电陶瓷耐电击穿强度及剩余极化强度等特征参数,并分析和讨论了PZT-95/5在不同加载压力作用下的放电特性。

冲击加载下PZT-95/5陶瓷铁电-反铁电相变实验研究

用石英计测量了PZT 95 5陶瓷在冲击波作用下发生铁电 -反铁电一级相变时产生的双波结构 ,相变起始压力约为 0 5GPa。对不同状态下的PZT 95 5陶瓷材料进行了扫描电镜电畴分析 ,结果表明 ,在该压力区域陶瓷发生了铁电 -反铁电相变。

PZT-5铁电陶瓷恒载荷压痕裂纹在空气和水中的扩展过程

用Vickers硬度计作为加载装置,研究了极化锆钛酸铅(PZT-5)铁电陶瓷压痕裂纹恒载荷下在室温空气和水中的扩展规律.结果表明,恒载荷下,压痕裂纹在空气和水中不断扩展, 120 h后趋于稳定,从而就可获得裂纹扩展速率和裂纹止裂的门槛应力强度因子KISCC,它们均显示各向异性.研究表明,裂纹扩展速率和KISCC的各向异性与铁电陶瓷断裂韧性的各向异性有关,即裂纹扩展速率随KIC的增加而降低,而KISCC随KIC的增加而升高.平行极化方向裂纹的断裂韧性比垂直极化方向高,即KCIC<KaIC,因此,在空气或水中的应力腐蚀更敏感,即KISCCc <KISCCa,dc/dt>dn/dt;与在空气中相比,在水中应力腐蚀更敏感,即裂纹扩展速率更高、门槛值更低.

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.

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。

多孔PZT 95/5铁电陶瓷的孔隙率与电性能

以不均匀粒度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球为造孔剂,用造孔剂燃烧工艺(BURPS)制备了多孔PZT 95/5铁电陶瓷。研究PMMA的添加量对多孔PZT 95/5铁电陶瓷的物相组成、孔隙率和电性能的影响。X射线衍射分析显示PMMA的添加对陶瓷的物相组成没有影响,SEM结果显示PMMA微球在PZT 95/5铁电陶瓷中引入了与其大小相近的气孔;孔隙率结果表明多孔PZT 95/5铁电陶瓷的孔隙率随着坯体中PMMA的体积分数增加而增加;电性能方面,电滞回线测试和介电温谱测试结果分别表明样品的剩余极化强度和介电常数随着孔隙率的增加而减小。

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。

冲击压力和温度老化对PZT95/5铁电陶瓷放电的影响

利用轻气炮作为冲击波加载手段,分别在高冲击压力1.81,3.20和4.18GPa下,研究了低温老化、高温老化和未老化的自制PZT95/5铁电陶瓷的短路放电i-t曲线。结果显示:由于气孔洞塌缩的影响,1.81GPa时i-t曲线存在上升沿和下降沿;3.20GPa时i-t曲线与理论设想的方波基本吻合;4.18Gpa时,由于超过了PZT95/5铁电陶瓷的Hugoniot弹性极限,i-t曲线与理论设想的方波有较大差别;温度老化对其性能有一定的影响,特别是高温老化。

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铁电陶瓷的掺杂改性研究

采用固相烧结法制备锆钛酸铅95/5(PZT95/5)材料,以“相同化合价,不同原子半径;相近原子半径,不同化合价”的原则,选择了碱金属族、碱土金属族元素的碳酸盐以及Fe2O3、SiO2、Nb2O5、WO3等作为掺杂物分别对其进行掺杂改性.研究了掺杂对材料介电性能、极化性能和低温-高温铁电相的相变温度的影响.发现受主掺杂使得材料的介电常数降低,施主掺杂使得材料的介电常数提高;剩余极化随着掺杂离子的化合价增大而增大;制备得到了低温-高温铁电相相变在15℃的铁电材料,在实际应用上有重要意义.

低密度PZT-95/5陶瓷流体静压相变实验研究

采用常规的氧化物陶瓷生产工艺与多孔化技术相结合的方法 ,制作出不同密度的PZT 95 /5陶瓷样品 ,进行了流体静压相变实验。研究发现 ,陶瓷材料的铁电—反铁电相变与陶瓷中气孔的存在有密切的关系 ,运用气孔塌陷假设或者边缘剪切假设可以对此现象进行定性解释 ,研究结果与美国圣地亚实验室的相似研究结果一致。

极化状态与方向对单轴压缩下Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3铁电陶瓷畴变与相变行为的影响

利用数字图像相关性分析方法发展了全场应变光学测量技术,并原位实时测量了准静态单轴压缩下铁电PZT95/5陶瓷试件的轴向应变和横向应变.基于轴向应变、横向应变随着轴向应力的变化关系,讨论了极化状态和极化方向对PZT95/5铁电陶瓷的畴变与相变行为的影响.实验结果显示:单轴压缩下,未极化和Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷都会发生畴变,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则不发生畴变;畴变促使Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷的轴向应变和横向应变同时快速地增长,而对未极化PZT95/5铁电陶瓷的应变增长的影响非常微弱,这种差异性归因于电畴极轴不同的取向分布特征;通过应变分解分析,验证了畴变与相变过程是解耦的,并界定了畴变应变和相变应变的影响范围;与Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷相比,未极化PZT95/5铁电陶瓷的相变开始临界应力和相变结束应力减小,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则明显增大,由此推论畴变对相变有一定促进作用.基于放电特性的实测结果,还讨论了极化方向对极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理的影响.实验结果显示:Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理是畴变和相变的共同作用,其中畴变占主导地位,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷的去极化机理仅是相变.

致密PZT95／5铁电陶瓷低温相结构与电性能研究

采用固相法制备了致密PZT95/5铁电陶瓷,研究了低温下致密PZT95/5铁电陶瓷相结构和电性能的变化规律。变温X射线衍射(XRD)研究表明,低温(–60℃)下极化和未极化致密PZT95/5铁电陶瓷相结构保持不变。电性能研究表明随着温度从30℃下降至–60℃,致密PZT95/5铁电陶瓷的相对介电常数从278显著下降至173,而电阻率和剩余极化强度基本保持不变。结合冲击波载荷下动态放电模拟分析,发现相对介电常数的降低将引起动态电场增大至常温下的1.5倍,这可能是导致致密PZT95/5铁电陶瓷低温下击穿概率显著增大的关键因素。

PZT-95／5陶瓷晶粒度对冲击波作用下击穿电压的影响

Zr：Ti比为95：5的PZT陶瓷(简称PZT-95／5陶瓷)在冲击波作用下由铁电相转变成反铁电相去极化产生脉冲电流，可以作为脉冲电源发生器。这种电源基于PZT陶瓷在冲击波作用下去极化释放出束缚电荷而工作的，只有在冲击波作用下其内部不发生电击穿的条件下，才能在外电路形成电能输出，因此，PZT-95／5陶瓷在冲击波作用下的电击穿问题在其中起着非常关键的作用。

PZT95／5型铁电陶瓷研究取得进展，有望成为新型的热释电材料

锆钛酸铅（PZT）是一种极其重要的功能陶瓷材料，其中，PZT95／5型铁电陶瓷材料具有丰富的相结构和外场诱导相变特性，是研究铁电体的相结构、铁电相变理论以及发展能量转换等多种应用的优选材料之一。

PZT95／5陶瓷冲击电流输出性能

PZT95／5陶瓷是锆钛比为95：5的锆钛酸铅铁电陶瓷。利用垂直极化的PZT95／5陶瓷，在冲击加载时，陶瓷材料发生铁电／反铁电相变，剩余极化强度消失，释放出被束缚的电荷，电荷流经阻性外电路负载，形成电流输出的性能，可制作恒流型脉冲电源。本文对外电路为短路状态条件下PZT95／5陶瓷冲击放电的电流输出性能进行了研究。

电场对铁电陶瓷压痕裂纹的作用

研究了极化锆钛酸铅 (PZT - 5 )铁电陶瓷压痕裂纹在硅油中电场作用下的扩展过程 .结果表明 ,当外加电场强度大于裂纹瞬时扩展临界电场强度 (Eip=5 2 5kV/cm) ,压痕裂纹能够发生瞬时扩展 ,继续保持恒电场 ,裂纹会继续扩展 .当外加电场强度小于裂纹瞬时扩展临界电场强度 ,裂纹不发生瞬时扩展 ,但保持恒定电场 ,裂纹会发生滞后扩展 .同时 ,裂纹扩展量显示各向异性 ,与垂直于电场方向裂纹相比 ,平行于电场方向的裂纹扩展量很小 .

湿度对PZT铁电陶瓷压痕裂纹滞后扩展的影响

在不同湿度(2%、30%、98%)的空气中,研究了极化的锆钛酸铅(PZT-5)铁电陶瓷压痕裂纹在残余应力、电场作用下的滞后扩展。结果表明,当RH≤30%时残余应力不能引起PZT铁电陶瓷卸载压痕裂纹的滞后扩展,当RH=98%时,残余应力和介质的耦合作用能使压痕裂纹在经过1个孕育期后发生滞后扩展。在不同湿度(2%、30%、98%)的空气中沿试样极化方向加相同的外电场(E=1.5 kV/cm),压痕裂纹均发生滞后扩展,并且裂纹扩展量随空气湿度的增加而增大。

上海硅酸盐所在铁电陶瓷外场诱导相变特性与机理研究中取得新进展

据中科院上海硅酸盐所网站报道，最近，中国科学院上海硅酸盐研究所董显林研究员带领的课题组在PZT95／5型铁电陶瓷的电畴翻转和铁电相变研究等方面取得了新进展。他们对PZT95／5型铁电陶瓷在不同电场、温度和频率下的电滞回线（P—E）进行了系统测试和分析，发现极化过程与在不同电场作用下空间电荷的聚集、畴的成核和畴壁运动等密切相关；通过理论拟合，发现其电滞回线面积、剩余极化强度和矫顽场与频率、电场和温度均很好地满足幂函数关系。