孔隙率及晶粒尺寸对多孔PZT陶瓷介电和压电性能的影响及机理研究

采用添加造孔剂的方法制备多孔锆钛酸铅(PZT)陶瓷，并研究了孔隙率和晶粒尺寸对多孔PZT陶瓷介电和压电性能的影响及机理.研究表明：孔隙率的增加降低了多孔PZT陶瓷的介电常数，提高了静水压优值，并证明在一定条件下孔隙率与介电常数关系可由Okazaki经验公式及Banno模型预测；晶粒尺寸增加，多孔PZT陶瓷的介电常数、压电系数和优值增加，并可用Okazaki空间电荷理论解释晶粒尺寸对试样介电和压电性能的影响.对于添加重量百分数为10%造孔剂的多孔PZT陶瓷，当烧结温度为1300℃时，孔隙率为34%，d关键词： 多孔PZT陶瓷 静水压优值 压电性能 介电性能     

冲击波加载下PZT 95/5铁电陶瓷的电阻率研究

利用炸药爆炸产生的平面冲击波,研究了垂直模式冲击波加载下PbZr_0.95Ti_0.05O₃ (PZT 95/5)铁电陶瓷冲击波压缩区域的电阻率变化.在建立的模型中考虑了冲击波压缩区域的有限电阻率,计算结果表明：在压力约2.0GPa,负载短路的条件下,PZT 95/5铁电陶瓷冲击波压缩区域的电阻率从初始10⁷—10¹¹Ωcm迅速降到最小值约40Ωcm,然后基本保持在120—140Ωcm之间. 关键词： PZT 95/5铁电陶瓷 冲击波 电阻率     

静电场中多孔PZT95/5铁电陶瓷的通道电-机械击穿模型及分析

作为爆电电源的多孔PZT95/5铁电陶瓷具有极为重要的工程应用背景,但它在强电场作用下易发生电击穿失效,从而影响其放电效率,甚至造成电源失效。基于多孔PZT95/5铁电陶瓷材料在外电场作用下内部形成导电通道以致电失效的机制,通过通道内部局部放电及通道电-机械击穿机理,建立了导电通道诱导的多孔铁电陶瓷的电击穿模型并进行了相关的理论分析。基于本模型,给出了不同孔隙率下铁电陶瓷的电击穿临界电场强度,预测结果与实验测试结果吻合良好,且材料孔隙率越大,内部电击穿通道的特征尺寸越大,导致铁电陶瓷材料的电击穿临界场强显著降低。     

冲击加载下PZT 95/5铁电陶瓷的脉冲大电流输出特性

极化了的PZT 95/5铁电陶瓷在冲击波作用下发生铁电相到反铁电相的结构相变，释放出被束缚的电荷，流经外电路，形成脉冲电流.基于这一原理，针对低感、低阻负载的要求，对PZT 95/5铁电陶瓷 LRC电路响应进行了理论分析，并开展了实验研究.实验采用多组PZT 95/5铁电陶瓷并联，获得了前沿小于500ns，峰值大于5kA的大电流. 关键词： PZT 95/5铁电陶瓷 冲击波 爆电电源     

PbTiO3/PbZr0.3Ti0.7O3/PbTiO3夹心结构铁电薄膜子晶层的优化

用Sol-Gel法制备了Pb_(1+x)TiO₃/PbZr_03Ti_07O₃/Pb_(1+x)TiO₃(PT/PZT/PT)夹心结构及PZT铁电薄膜,为了获得高质量的PT/PZT/PT夹心结构铁电薄膜,使用不同过量Pb配比(x)的PbTiO₃ (PT)层进行制备,以获得优化的PT子晶层.X射线 关键词： PT/PZT/PT 夹心结构 子晶 铁电薄膜     

冲击波加载下PZT 95/5铁电陶瓷的电阻率研究

利用炸药爆炸产生的平面冲击波，研究了垂直模式冲击波加载下PbZr_0.95Ti_0.05O₃ (PZT 95/5)铁电陶瓷冲击波压缩区域的电阻率变化.在建立的模型中考虑了冲击波压缩区域的有限电阻率，计算结果表明：在压力约2.0GPa，负载短路的条件下，PZT 95/5铁电陶瓷冲击波压缩区域的电阻率从初始10⁷—10¹¹Ωcm迅速降到最小值约40Ωcm，然后基本保持在120—140Ωcm之间.     

PZT 95/5铁电陶瓷的冲击压缩Hugoniot特性研究

 采用一级气体炮加载装置,利用加窗VISAR技术,对极化和未极化两种状态的PZT 95/5铁电陶瓷进行了逆向冲击实验,在0.52~3.8 GPa冲击压力范围内,得到了PZT 95/5铁电陶瓷两种状态的σ-u关系。对比文献已有实验数据显示,PZT 95/5铁电陶瓷的Hugoniot曲线与初始密度值密切相关,高密度的PZT 95/5铁电陶瓷在0~3.0 GPa压力范围内的σ-u关系接近线弹性,较低压力下不同极化状态的Hugoniot数据表明,PZT 95/5铁电陶瓷发生了冲击相变。     

夹心复合PZT材料及其应用

本文主要描述致密-多孔-致密夹心复合PZT材料及其在窄脉冲超声换能器方面的应用。通过两类六种不同夹心复合材料的换能器实验表明,未充硅橡胶的夹心复合材料是一种制作窄脉冲超声换能器的新型换能材料。     

Depolarization and Electrical Response of Porous PZT 95/5 Ferroelectric Ceramics under Shock Wave Compression

The release of bound charges by shock wave loading of poled lead zirconate titanate （PZT 95/5） ferroelectric ceramics can result in a high-power electrical energy output. In this study, a theoretical formulation describing the depolarization and electrical response of porous PZT 95/5 ceramics in the normal mode to shock wave compression loading perpendicular to the polarization direction is developed. The depoling process in porous poled PZT 95/5 ceramics is analyzed by using a parallel circuit consisting of a current source, capacitance, conductance and a circuit load. This modeling takes the effects of porosity on wave velocity and remanent polarization and dielectric constant into account, and the effects of variations in dielectric constant and conductivity in the shocked region are assessed. The output current characteristics of porous PZT 95/5 ceramics under short-circuit and resistive load conditions are analyzed and compared with the experiment, with the results showing that theoretical predictions taking into consideration the porosity of ferroelectric ceramics are in close agreement with the experimentally measured electrical response of porous PZT 95/5 under shock wave compression loading.     

斜入射冲击波加载下PZT95/5铁电陶瓷的放电特性研究

 研究了冲击波倾斜入射PZT95/5铁电陶瓷时的放电特性。结果表明，在小负载条件下，随着入射倾斜角的增加，PZT95/5铁电陶瓷放电电流波形前沿变缓，脉宽时间增加，波形从单脉冲方波演变成梯形波，甚至锐变成三角波。     

PbTiO3/PbZr0.3Ti0.7O3/PbTiO3夹心结构铁电薄膜子晶层的优化

用Sol-Gel法制备了Pb_(1+x)TiO₃/PbZr_03Ti_07O₃/Pb_(1+x)TiO₃(PT/PZT/PT)夹心结构及PZT铁电薄膜，为了获得高质量的PT/PZT/PT夹心结构铁电薄膜，使用不同过量Pb配比(x)的PbTiO₃ (PT)层进行制备，以获得优化的PT子晶层.X射线     

(111)择优取向的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3铁电薄膜的制备及研究

选用不同浓度的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3溶胶,用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上沉积一层厚度不同的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT52)过渡层,经400℃烘烤、550℃退火等程序后,再用Sol-gel法在PZT52过渡层上沉积Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜.XRD分析表明,有PZT52过渡层的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜具有(111)择优取向的钙钛矿结构,且随着过渡层厚度的增加,Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜的(111)择优取向程度越高.SEM分析表明,当PZT52过渡层的厚度达到14nm以上,Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜结晶程度得到明显改善,平均晶粒尺寸大大增加.介电、铁电性能测试表明,与没有过渡层的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜相比,有PZT52过渡层的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜具有较大的介电常数和剩余极化强度,而介电损耗则较小.     

(111)择优取向的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3铁电薄膜的制备及研究

选用不同浓度的Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃溶胶，用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si基片上沉积一层厚度不同的Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃ (PZT52)过渡层，经400℃烘烤、550℃退火等程序后，再用Sol-gel法在PZT52过渡层上沉积Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O _{关键词： PZT铁电薄膜 择优取向 过渡层 剩余极化强度}     

爆电换能脉冲大电流输出研究

 基于爆电换能原理，使用掺铌的PZT 95/5陶瓷组装换能器件，在垂直工作模式下，对爆电电源LRC电路响应进行了理论分析，并开展了脉冲大电流输出实验研究。实验采用多组PZT 95/5铁电陶瓷并联，利用平面波发生器作为冲击加载手段，获得了峰值5 kA以上的脉冲大电流，初始电流上升速率可达10~20 GA/s。实验结果与理论设计符合较好。     

粘性液体中激光空泡辐射声波的特性研究

通过PZT水听器对不同粘度粘性液体中激光空泡脉动辐射的声波特性进行了实验,获得了粘性液体中激光泡声波并进行分析.分析结果表明:激光空泡在脉动过程中辐射的声波将受液体粘性影响,粘性系数越大,辐射声波强度越弱,峰值频率呈现增大的趋势.     

PZT 95/5陶瓷电致失效机理研究

对PZT 95/5陶瓷在直流电场、脉冲方波电场以及半正弦波电场作用下的失效机理进行了理论和实验分析.结果表明:在直流作用下,其失效机理以热-电耦合失效为主;而在脉冲电场作用下,考虑振动冲击效应以及相关的力谱分布,脉宽越短,能量向高频偏移,越可能发生力-电耦合失效;当脉宽增加,PZT 95/5陶瓷失效机理将从力-电耦合失效逐步转变成直流失效模式. 关键词： PZT 95/5 失效机理 直流电场 脉冲电场     

多孔未极化Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷单轴压缩力学响应与相变

通过添加造孔剂的方法制备了四种不同孔隙率未极化PZT95/5铁电陶瓷. 采用非接触式的数字散斑相关性分析(digital image correltation, DIC)全场应变光学测量技术, 对多孔未极化PZT95/5 铁电陶瓷开展了单轴压缩实验研究, 讨论了孔隙率对未极化PZT95/5铁电陶瓷的力学响应与畴变、相变行为的影响. 多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的单轴压缩应力-应变关系呈现出类似于泡沫或蜂窝材料的三阶段变形特征, 其变形机理主要归因于畴变和相变的共同作用, 与微孔洞塌缩过程无关. 多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的弹性模量、压缩强度都随着孔隙率的增加而明显降低, 而孔隙率对断裂应变的影响较小. 预制的微孔洞没有改善未极化PZT95/5铁电陶瓷材料的韧性, 这是因为单轴压缩下未极化PZT95/5铁电陶瓷的断裂机理是轴向劈裂破坏, 微孔洞对劈裂裂纹传播没有起到阻碍和分叉作用. 准静态单轴压缩下多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷畴变和相变开始的临界应力都随着孔隙率的增大而呈线性衰减, 但相变开始的临界体积应变却不依赖孔隙率.     

弛豫铁电单晶弯曲梁矢量水听器研究

研制了一种弛豫铁电单晶(PMNT)二维矢量水听器,矢量通道和声压通道分别由两个正交压电单晶复合弯曲梁振子和PZT-5压电陶瓷圆管组成。基于弹性力学理论和水下质点振速测量原理对弯曲梁矢量水听器进行建模,推导给出了接收电压灵敏度表达式,分析了弯曲梁应力分布对矢量水听器接收性能的影响以及PMNT压电单晶材料与弯曲梁结构的匹配问题。在理论分析的基础上,研制了PMNT压电单晶和PZT、-5压电陶瓷矢量水听器样品并进行测试。测试结果表明:压电单晶矢量水听器与压电陶瓷矢量水听器相比,接收电压灵敏度提高11 dB,自噪声降低3 dB,测试结果与理论结果相符。      

极化状态与方向对单轴压缩下Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3铁电陶瓷畴变与相变行为的影响

利用数字图像相关性分析方法发展了全场应变光学测量技术,并原位实时测量了准静态单轴压缩下铁电PZT95/5陶瓷试件的轴向应变和横向应变.基于轴向应变、横向应变随着轴向应力的变化关系,讨论了极化状态和极化方向对PZT95/5铁电陶瓷的畴变与相变行为的影响.实验结果显示:单轴压缩下,未极化和Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷都会发生畴变,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则不发生畴变;畴变促使Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷的轴向应变和横向应变同时快速地增长,而对未极化PZT95/5铁电陶瓷的应变增长的影响非常微弱,这种差异性归因于电畴极轴不同的取向分布特征;通过应变分解分析,验证了畴变与相变过程是解耦的,并界定了畴变应变和相变应变的影响范围;与Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷相比,未极化PZT95/5铁电陶瓷的相变开始临界应力和相变结束应力减小,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则明显增大,由此推论畴变对相变有一定促进作用.基于放电特性的实测结果,还讨论了极化方向对极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理的影响.实验结果显示:Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理是畴变和相变的共同作用,其中畴变占主导地位,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷的去极化机理仅是相变.     

复合液腔高灵敏度水听器

探索新的换能器结构是提高换能器性能的主要途径之一。设计了一种利用液腔结构提高接收灵敏度的水听器,称为复合液腔水听器。该水听器用压电陶瓷圆管作为敏感材料,并将其放在一个底部开孔的金属圆桶内。在流体中,开孔圆桶形成两个频率不同的液腔谐振模态,并与压电陶瓷圆管的径向谐振模态衔接在一起,形成具有一定带宽的高接收灵敏度频段。采用有限元方法对水听器进行了优化设计并研制了水听器样机。水池测试结果表明,该水听器样机在1.5 k Hz～11.5 k Hz频率范围内灵敏度保持在-185 d B以上,比传统的压电陶瓷圆管水听器结构具有显著优势。