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热冲击加载下PZT95/5铁电陶瓷相变实验研究

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第一章 绪论

1.1铁电材料及其应用概述

1.2铁电材料力热电多场问题研究进展

1.2.1 PZT95/5铁电陶瓷力电行为研究

1.2.2 PZT铁电陶瓷热电行为研究

1.2.3 PZT铁电陶瓷多场耦合行为研究

1.3 本文的主要研究内容

第二章 铁电材料热冲击-力-电耦合测试系统与调试

2.1测试系统总体介绍

2.1.1热加载和热冲击加载模块子系统

2.1.2 机械力学加载模块子系统

2.1.3 多场信采集与处理模块系统

2.2 热加载过程中信号噪音与干扰的屏蔽优化

2.2.1 热加载过程电信号噪音和干扰来源

2.2.2 屏蔽处理优化及结果

2.3 测试系统的调试

2.4 本章小结

第三章 热冲击加载下PZT95/5铁电陶瓷相变实验

3.1实验方案及准备

3.1.1实验样品

3.1.2实验步骤

3.2 实验结果与讨论

3.2.1实验结果

3.2.2结果讨论

3.3 本章小结

第四章 力-热加载过程中PZT95/5铁电陶瓷相变实验

4.1实验方案及准备

4.2实验结果与讨论

4.2.1实验结果

4.2.2 结果讨论

4.3 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 工作及总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

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摘要

PZT95/5铁电陶瓷是锆钛比为95:5的锆钛酸铅固溶体铁电材料,其具有丰富的细微结构与优越的压电、热电、铁电等特性,在相变过程中可以实现高的力电转化效率,释放出高电流、高压电等,被广泛应用于能源、国防和精密仪器等众多领域。铁电陶瓷在温度影响下的相变为一级相变,并伴随着热滞现象,目前国内外的研究报导仅限于准静态温度环境或缓慢热加载下铁电材料相变研究。基于实验室研制的热冲击力-热加载测试装置,本论文针对PZT95/5铁电陶瓷在热冲击下的力学、电学响应,力-热加载对相变与放电过程的影响等。  1.基于自主搭建的铁电材料热冲击-力-电耦合测试实验平台,首先开展了相关的测试装置调试工作,通过调整不同升温区的功率输出,获得了稳定的热冲击加载参数和升温速率;其次,针对热冲击高温炉工作时产生的电磁干扰会影响到测试样品的电流输出信号的不足,采取了一些电磁屏蔽措施和优化,最终获得了可用于铁电材料样品正常测试和电信号采集的可行实验条件。  2.开展了PZT95/5铁电陶瓷热冲击加载下相变过程的实验测试工作,获得了PZT95/5铁电陶瓷在不同温升速率下的电流响应。结果表明:电流曲线出现双峰现象,其中一个峰在150-250℃之间,另一峰在650-1050℃之间,分别对应着低温铁电相(FRL)到高温铁电相(FRH)相变,和高温铁电相(FRH)到顺电相(PE)相变;随着升温速率的增加,相变温度增加及相变释放电荷量增加,最终实现全部极化能量的热冲击下的转化和释放。  3.开展了PZT95/5铁电陶瓷力-热共同加载下的相变实验,通过预压力和位移约束两种方式分别对样品进行力学加载,研究了PZT95/5铁电陶瓷热冲击实验的影响。结果表明:两种不同力加载模式下,对应的热冲击下的相变特征稍有不同,显示出力学加载或约束对铁电材料的相变和放电过程会有一定的影响,包括出现相变温度点降低,电流响应曲线呈现缓缓上升现象等。

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