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压电陶瓷的内应力分析和极化模拟

王志远  
【摘要】:本论文主要研究了极化和内应力对压电陶瓷的居里温度和压电性能的影响和热应力对纳米陶瓷强度的影响。 从建立物理模型为出发点,讨论了应力和极化对陶瓷性能的影响。分析了在单向极化和扫描极化条件下,本征效应对四方相压电陶瓷压电系数的影响。主要讨论了电畴转向分布和陶瓷的压电系数。在单向极化下陶瓷的电畴转向分布只有一种情况,但是在扫描极化下电畴转向分布根据陶瓷参数A((d31+d15)/d33)的不同分为五种情况,即(?),A ??。单向极化下得到的的电畴转向分布与在A ? 3的时候扫描极化下得到的电畴转向分布是相同的。并且压电系数d33(空间扫描)/ d33 (单向极化)的值随着参数A值的增大而增大。当A??的时候d33(空间扫描)/ d33 (单向极化)的值达到最大,为1.4271。通过建立基体——颗粒物理模型讨论应力对居里温度和压电系数的影响。综合上面的两种模型,讨论了在内应力情况下,BT-ZrO2和PZT-ZrO2四方相陶瓷材料的压电系数d33随着ZrO2体积百分比的变化。 同时,建立了内晶型Al_2O_3–SiC纳米陶瓷残余应力的理论模型。使用这个模型,我们计算了由于纳米颗粒SiC引起的在Al_2O_3基体颗粒边界处的平均压应力和Al_2O_3基体颗粒内部的平均拉应力。垂直于Al_2O_3基体颗粒边界处的平均压应力使边界强度增强而Al_2O_3基体颗粒内部的平均拉应力使颗粒强度减弱。这个模型对内晶型Al_2O_3–SiC纳米陶瓷的强度随着纳米颗粒SiC体积的变化给出了比较合理的解释。


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