压电陶瓷的内应力分析和极化模拟

论文摘要

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Al2O3–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Al2O3基体颗粒边界处的平均压应力和Al2O3基体颗粒内部的平均拉应力。垂直于Al2O3基体颗粒边界处的平均压应力使边界强度增强而Al2O3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Al2O3–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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 压电陶瓷和压电效应
• 1.1.1 压电陶瓷简介
• 1.1.2 压电效应及其产生的基本原理
• 1.2 张量变换
• 1.2.1 坐标系的变换
• 1.2.2 张量的变换
• 1.3 论文概要
• 第二章 单轴极化压电陶瓷性能
• 2.1 引言
• 2.2 本征压电系数的理论研究
• 2.2.1 四方相的自发极化方向
• 2.2.2 单轴极化下四方相电畴取向分布图
• 2.2.3 单轴极化下四方相本征压电系数的计算
• 第三章 四方系最优化极化
• 3.1 引言
• 3.2 四方相的扫描极化原理
• 3.3 四方系电畴取向分布图
• 3.4 扫描极化下四方相本征压电系数的计算
• 3.5 空间扫描极化与单向极化的对比
• 3.6 极化方法的探索
• 3.7 电畴转向前后对应关系的研究
• 第四章 纳米复相陶瓷中热失配应力对抗弯强度的影响
• 4.1 引言
• 4.2 纳米复相陶瓷中的主要增强机理
• 4.3 纳米复相陶瓷的应力研究
• 4.3.1 纳米复相陶瓷边界处的应力
• 4.3.2 纳米复相陶瓷基体中的平均应力
• 4.4 纳米复相陶瓷抗弯强度提高和减弱的解释
• 第五章 复相压电陶瓷应力效应分析
• 5.1 压电陶瓷的热力学理论
• 5.2 居里温度的应力效应物理模型
• 5.3 压电系数的应力效应物理模型
• 5.4 含有第二相颗粒的压电晶体的性能
• 5.5 复相陶瓷的性能
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢