實(shí)驗(yàn)名稱：鐵電陶瓷雙軸應(yīng)力作用下的極化研究

研究方向：在新型鐵電陶瓷中，鈦酸鋇壓電陶瓷的居里溫度較低導(dǎo)致其無(wú)法通過(guò)提高溫度促進(jìn)極化過(guò)程；而對(duì)于新型高溫鐵電陶瓷，其矯頑電場(chǎng)較高并超過(guò)了其材料本身的擊穿電場(chǎng)導(dǎo)致難以對(duì)其做到飽和極化，因此純電場(chǎng)極化的方式在新型鐵電陶瓷的極化工藝中受到限制。實(shí)際上除電場(chǎng)外，應(yīng)力場(chǎng)也可以使得鐵電材料的織構(gòu)情況發(fā)生改變，且前人研究已經(jīng)表明了應(yīng)力可以輔助鐵電材料的電極化過(guò)程。

基于此背景，本章將研究雙軸應(yīng)力作用下鐵電材料的極化工藝。自主設(shè)計(jì)搭建了實(shí)驗(yàn)裝置并通過(guò)測(cè)試不同極化加載方式下的剩余極化與壓電常數(shù)研究了各加載方式下的極化過(guò)程，使鐵電陶瓷在低低電場(chǎng)下就能獲得較好的壓電性能。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、靜電計(jì)等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：鐵電陶瓷雙軸橫向應(yīng)力（a）加載過(guò)程中樣品的受力示意圖（b）加載裝置示意圖

實(shí)驗(yàn)所用裝置為圖（b）中自主研究設(shè)計(jì)的雙軸力-電耦合作用加載裝置，實(shí)驗(yàn)所用試件大小為4×4×4mm3，雙軸橫向應(yīng)力通過(guò)四個(gè)絕緣的氧化鋁陶瓷塊狀元件施加，如圖1(a)所示。而電場(chǎng)通過(guò)裝置上下方的通孔施加在垂直于雙軸橫向應(yīng)力的方向上。實(shí)驗(yàn)開始前，在圖1(b)所示裝置中加滿油并通過(guò)放置在裝置各接觸面處的密封圈密封。當(dāng)試驗(yàn)機(jī)作用在受壓力桿上時(shí)，容器中被密封的油將會(huì)將單軸的壓力轉(zhuǎn)化為施加在上述絕緣氧化鋁陶瓷塊狀元件上的壓力。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2：材料極化量在不同方式下隨電場(chǎng)、應(yīng)力變化曲線，圖中分別為（a）0.5Ec（b）0.75Ec（c）1.0Ec（d）1.25Ec電場(chǎng)幅值下材料的極化結(jié)果

圖2描述了四種不同極化方法下樣品極化的結(jié)果，這里給出的是整個(gè)極化過(guò)程中材料極化量的變化情況而并非只給出了極化后的剩余極化值。從圖中可以看出，在加載方式一中（傳統(tǒng)的純電場(chǎng)極化），材料在0.5、0.75、1.0、1.25倍矯頑電場(chǎng)大小的極化電場(chǎng)下，其剩余極化值分別為0.02、0.05、0.115、0.12C/m2，即極化隨著電場(chǎng)的增大而增大。

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審核編輯 黃宇