多孔pb(zr0.95ti0.05)o3铁电陶瓷的力学性能及失效行为研究

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1、分类号：TB12____________密级：______________公开ＵＤＣ：____________单位代码：______________11646博士学位论文论文题目：多孔Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷的力学性能及失效行为研究学号：_________________________1401081005姓名：_________________________蒋招绣专业名称：_________________________工程力学学院：_________________________机械工程与力学学院指导教师：___________

2、______________周风华教授_________________________王永刚教授_________________________论文提交日期：2018年1月18日AThesisSubmittedtoNingboUniversityfortheDoctor’sDegreeMechanicalpropertiesandfailurebehaviorofporousPb(Zr0.95Ti0.05)O3ferroelectricceramicsCandidate：JiangZhaoxiuSupervisors：ProfessorFenghuaZh

3、ouProfessorYonggangWangFacultyofMechanicalEngineeringandMechanicsNingboUniversityNingbo315211，ZhejiangP.R.CHINADate:January18,2018宁波大学博士学位论文I多孔Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷的力学性能及失效研究多孔Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷的力学性能及失效行为研究摘要铁电陶瓷具有力电耦合性能，被广泛应用于各种传感器、智能材料与智能结构以及储存、记忆器等诸多领域中。铁电陶瓷种类繁多，其中钙钛矿结构的Pb(

4、Zr,Ti)O3(PZT)基铁电陶瓷是目前最具有应用价值的一类铁电材料，也是当今国内外研究的热点。本文关注的是处于铁电(FE)-反铁电(AFE)相界附近的PZT95/5铁电陶瓷。PZT95/5铁电陶瓷在爆炸冲击波作用下发生铁电–反铁电相变(FE-AFE),同时在外接负载上释放出强的电流脉冲或电压脉冲,可得到兆瓦级峰值功率的脉冲电源，在工业和国防领域有广泛的应用前景。但是PZT95/5铁电陶瓷用作爆炸铁电体电源在冲击波压缩作用下,冲击应力造成材料机械性能失效，从而诱发介电击穿,使整个爆炸铁电体电源失效。与致密PZT95/5陶瓷相比,多孔PZT95/5陶瓷在冲击

5、波压缩作用下具有更高的抗电击穿强度和较低的相变压力,有利于爆炸铁电体电源的可靠性和小型化。因此，本文以多孔PZT95/5铁电陶瓷为研究对象，在准静态单轴压缩、动态单轴压缩、三点弯曲以及平板撞击加载下，较系统地研究多孔PZT95/5铁电陶瓷材料的相变动力学、本构响应、微裂纹损伤演化等特性，讨论了极化状态、极化方向以及孔隙率等因素的影响。论文的主要研究内容和创新点如下：（1）通过添加造孔剂的方法制备了四种不同孔隙率PZT95/5铁电陶瓷；采用DIC全场应变测量技术，对未极化和极化多孔PZT95/5铁电陶瓷开展了准静态单轴压缩实验研究，认识了PZT95/5铁电陶瓷

6、非线性力学响应的物理机制，揭示了孔隙率、极化状态与方向对PZT95/5铁电陶瓷的力学响应与畴变、相变行为的影响规律。（2）基于畴变应变和相变应变解耦假定，构建了考虑畴变、相变以及孔隙率影响的极化PZT95/5铁电陶瓷非线性本构关系，通过对实验数据的拟合，获得了本构参数，拟合结果与实验结果吻合性很好。（3）基于超高速相机与数字图像相关性(DIC)方法的试样全场应变测量技术，采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷进行高应变率单轴压缩实验研究。根据全场应变测量结果，讨论了试样应变均匀性问题，结果显示：轴向应变仅在试样中部分布较为均匀，

7、该段的平均应变作为应力-应变II宁波大学博士学位论文关系中的试样应变测量值较为合理，而由SHPB原理计算的试样应变值明显偏大，需要摒弃或修正传统的SHPB数据处理方法。通过波形整形技术实现了恒应变率加载，弱化了径向惯性效应的影响，揭示了多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的压缩强度具有显著的应变率效应，发现畴变临界应力和相变临界应力都随着应变率增高而增大。（4）采用Instron万能试验机结合DIC全场应变测量技术，对不同孔隙率PZT95/5铁电陶瓷开展了三点弯曲实验，研究了孔隙率对PZT95/5铁电陶瓷裂纹扩展的影响，发现断裂强度随着孔隙率增大减小,而断裂应变

8、却随着孔隙率的增大而增大；采用飞秒激光对密实PZT9