铁电材料畴变机制的在位研究
  • 【摘要】

    铁电材料作为一类重要的智能材料,其非线性行为日益受到人们的关注.铁电畴变往往在各种宏观响应中发挥着重要作用,被认为是铁电材料非线性行为的细观机制.本文在位研究了铁电材料在力电耦合场的断裂和本构行为,分析了这些行为的畴变机制,主要完成的工作有: 1.首次实现了力电耦合场下,铁电单晶断裂过程中电畴演化的在位观测.在钛酸钡单晶的三点弯实验中,发现了应力集中在裂尖处诱发的十字针状畴变区,并且发现裂纹扩展的... 展开>>铁电材料作为一类重要的智能材料,其非线性行为日益受到人们的关注.铁电畴变往往在各种宏观响应中发挥着重要作用,被认为是铁电材料非线性行为的细观机制.本文在位研究了铁电材料在力电耦合场的断裂和本构行为,分析了这些行为的畴变机制,主要完成的工作有: 1.首次实现了力电耦合场下,铁电单晶断裂过程中电畴演化的在位观测.在钛酸钡单晶的三点弯实验中,发现了应力集中在裂尖处诱发的十字针状畴变区,并且发现裂纹扩展的停滞效应使裂纹呈锯齿状;观测了侧向电场下畴变在裂尖集中并撕开裂纹的全过程;发现裂纹方向对电致断裂行为具有重要影响.在弛豫性铁电单晶铌镁酸铅的三点弯实验中,发现纯应力场下裂尖畴变区为十字编织结构;观测到力电耦合场下裂纹起裂和扩展过程中电畴的演化. 2.分析单晶材料断裂实验中的电畴演化,发现应力场和电场诱发畴变具有不同机制,在此基础上用畴变定性解释了断裂行为中的一些现象,并考虑裂纹方向对畴变分布的影响,建立了一个新的畴变错配模型来解释电致断裂的起因. 3.首次实现了"拉应力-电场"耦合作用下的在位本构实验.研究了准同型相界的铌镁酸铅在侧向拉伸载荷下的电滞回线和反蝶形曲线,发现侧向小载荷的拉应力对电滞回线没有影响,但对反蝶形曲线有显著影响,它降低了矫顽场处的横向应变,同时增大了尾尖处的应变值,并让尾尖形状钝化.根据在位观测的不同拉应力下的畴变图象,推断侧向拉应力推动单晶准同型相界向四方相移动,并据此解释了反蝶形曲线在侧向应力下发生变化的细观原因. 4.用腐蚀方法结合SEM观测手段,研究了应力集中在铁电陶瓷PZT晶粒中诱发的畴变,观测到机械载荷断裂时裂纹为锯齿状,在裂尖处晶粒中发现了非常规90°畴片,并用简单的多晶约束畴变模型解释了这种畴片结构的成因. 收起<<

  • 【作者】

    李尚 

  • 【学科专业】

    固体力学 

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    清华大学

  • 【导师姓名】

    方岱宁

  • 【学位年度】

    2004

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    铁电材料%在位观测%电致断裂%本构关系%畴变