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。

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。

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。

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。

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-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.

Effect of electric field,stress and environment on delayed fracture of a PZT-5 ferroelectric ceramic

The combined effect of electric and mechanical loading on fracture of a PZT-5 ferroelectric ceramic in silicone oil has been investigated using a single edge notched specimen. The results show that the fracture toughness and the threshold stress intensity factor of delayed fracture in silicone oil, i.e. stress corrosion cracking, decrease linearly with the increasing applied electric field, either positive or negative. For the PZT-5 ferroelectric ceramics, delayed fracture in silicone oil under sustained positive or negative field can occur, and the threshold field for delayed fracture under sustained positive or negative field decreases linearly with applied stress intensity factor. The combined effect of electric and mechanical loading on delayed fracture in silicone oil includes fieldenhancing delayed fracture under sustained load and stress-enhancing delayed fracture in silicone oil under sustained field.

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。

冲击加载下PZT95/5铁电陶瓷的脉冲大电流输出特性

极化了的PZT95/5铁电陶瓷在冲击波作用下发生铁电相到反铁电相的结构相变,释放出被束缚的电荷,流经外电路,形成脉冲电流.基于这一原理,针对低感、低阻负载的要求,对PZT95/5铁电陶瓷LRC电路响应进行了理论分析,并开展了实验研究.实验采用多组PZT95/5铁电陶瓷并联,获得了前沿小于500ns,峰值大于5kA的大电流.

冲击波加载下PZT95／5铁电陶瓷的电阻率研究

利用炸药爆炸产生的平面冲击波,研究了垂直模式冲击波加载下PbZr0.95Ti0.05O3(PZT95/5)铁电陶瓷冲击波压缩区域的电阻率变化.在建立的模型中考虑了冲击波压缩区域的有限电阻率,计算结果表明:在压力约2.0GPa,负载短路的条件下,PZT95/5铁电陶瓷冲击波压缩区域的电阻率从初始107—1011Ωcm迅速降到最小值约40Ωcm,然后基本保持在120—140Ωcm之间.

爆电换能脉冲大电流输出研究

基于爆电换能原理，使用掺铌的PZT95／5陶瓷组装换能器件，在垂直工作模式下，对爆电电源LRC电路响应进行了理论分析，并开展了脉冲大电流输出实验研究。实验采用多组PZT95／5铁电陶瓷并联，利用平面波发生器作为冲击加载手段，获得了峰值5kA以上的脉冲大电流，初始电流上升速率可达10-20GA／s。实验结果与理论设计符合较好。

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 .