铁电材料压痕裂纹的开裂与环境开裂

论文摘要

本文主要研究铁电材料(PZT陶瓷和BaTiO3单晶)的多场(力,电和环境)耦合行为,例如,应力和电场的耦合,环境和电场的耦合以及环境和应力的耦合。利用压痕裂纹研究了应力和电场对PZT陶瓷裂纹扩展的耦合作用。利用BaTiO3单晶研究了湿空气环境对恒电场下90o畴变的影响。利用压痕裂纹和贯穿裂纹研究了BaTiO3单晶在水环境(湿空气和水)中应力腐蚀时裂纹扩展和畴变的相关性。本文所获得的主要研究成果如下: 1、正负电场均沿电场方向产生一个拉应力σin,它使垂直电场的裂纹扩展; 电场和外应力对压痕裂纹的扩展不存在耦合作用,仅仅是线性叠加。2、恒电场下湿空气环境能促进BaTiO3单晶表面a畴向c畴的转变,但抑制c畴向a畴的转变,它和水分子吸附降低表面能的各向异性有关。3、湿空气环境能促进恒应变下的畴变并导致滞后开裂,裂尖前方的畴变是应力腐蚀裂纹扩展的先决条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 概述
• 1.1 压痕裂纹研究的历史和现状
• 1.2 压痕裂纹与断裂韧性
• 1.2.1 压痕裂纹的分类
• 1.2.2 压痕应力场
• 1.2.3 半饼状压痕裂纹的应力场强度因子
• 1.2.4 材料断裂韧性的计算
• 1.3 压痕裂纹形貌的实验观察
• 1.4 铁电体的电畴和畴变
• 1.4.1 铁电材料简介
• 3的畴变'>1.4.2 BaTiO₃的畴变
• 1.4.3 铁电相变的软模理论
• 1.4.4 慢极化效应
• 1.5 单晶硅压痕裂纹的氢致滞后开裂
• 1.5.1 引言
• 1.5.2 实验过程
• 1.5.3 实验结果
• 1.5.4 讨论
• 1.5.5 结论
• 2、由Vickers 压痕裂纹测量PZT 铁电陶瓷的断裂韧性
• 2.1 引言
• 2.2 压痕裂纹形状的确定
• 2.3 半饼状裂纹和径向裂纹的KIC公式
• 2.3.1 半饼状裂纹的KIC公式
• 2.3.2 径向裂纹的KIC公式
• 2.4 KIC测试过程
• 2.5 KIC测试结果
• 2.6 结论
• 3 外应力和电场耦合对PZT 压痕裂纹的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 实验结果
• 3.4 结论
• 3单晶的畴变与压痕裂纹的扩展'>4 恒电场下BaTiO₃单晶的畴变与压痕裂纹的扩展
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 压痕裂纹形状和压痕周围的畴分布
• 4.3.2 恒电场下的畴变与裂纹扩展
• 4.4 讨论
• 4.5 结论
• 3单晶畴变的影响'>5 湿空气对恒电场下BaTiO₃单晶畴变的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 实验结果
• 5.4 讨论
• 5.5 结论
• 3单晶的畴变和压痕裂纹的滞后扩展'>6 环境促进BaTiO₃单晶的畴变和压痕裂纹的滞后扩展
• 6.1 引言
• 6.2 实验过程
• 6.3 实验结果
• 6.3.1 加载过程中裂纹的扩展和畴变
• 6.3.2 湿空气中残余应力引起的裂纹滞后扩展和畴变
• 6.3.3 恒应力下环境促进畴变和裂纹的滞后扩展
• 6.4 讨论
• 6.5 结论
• 3单晶的畴变以及贯穿裂纹的应力腐蚀'>7 恒应变下环境促进BaTiO₃单晶的畴变以及贯穿裂纹的应力腐蚀
• 7.1 引言
• 7.2 实验方法
• 7.3 实验结果
• 7.3.1 湿空气促进恒应变下的畴变
• 7.3.2 湿空气中贯穿裂纹的应力腐蚀
• 7.4 讨论
• 7.5 结论
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢