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PZT断裂韧性与纳米颗粒的影响

作　者: 高林
导　师: 刘瑞堂
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 断裂韧性畴变 R曲线分形几何
分类号: TG115.314
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 80次
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内容摘要

本文通过双压痕试验测量Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃（PZT）锆钛酸铅陶瓷压痕的残余应力，分析了极化PZT陶瓷断裂韧性各向异性的原因和晶粒细化对断裂韧性的影响，结果表明：PZT陶瓷极化方向的残余应力小，是由于畴变造成的，得到了畴变导致PZT陶瓷断裂韧性各向异性的机制。通过R曲线的测量，研究了极化对PZT陶瓷各方向强度的影响，研究表明：极化PZT陶瓷的R曲线沿极化方向有上升趋势，这是由畴变带引起的，从而得到PZT陶瓷极化方向强度分布变化，并且陶瓷承受裂纹的能力增强。通过系列载荷压痕断裂韧性试验，研究了压痕断裂韧性与压痕载荷的关系，探讨了系列载荷压痕断裂韧性与R曲线的关系，结果表明：PZT陶瓷沿极化方向压痕断裂韧性随压痕载荷增大而增大，这也是畴变带引起的，而其他方向的断裂韧性与载荷无关；直接压痕法能作为陶瓷材料的R曲线测试方法。最后，用分形的方法分析了断口与断裂韧性的关系，研究了晶粒细化对断裂韧性的影响，结果表明：PZT陶瓷断口分形维数与断裂韧性有正比关系，即晶粒细化的PZT陶瓷的断口分形维数高，其断裂韧性也高；普通PZT陶瓷的断口分形维数低，断裂韧性低。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-25
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 压电陶瓷历史  12-15
  1.3 陶瓷断裂力学性能  15-16
  1.4 陶瓷增韧机理  16-22
    1.4.1 相变增韧  17-19
    1.4.2 微裂纹增韧  19-21
    1.4.3 残余应力增韧  21-22
    1.4.4 畴转和孪晶增韧  22
  1.5 PZT的增韧  22-24
  1.6 本文的工作  24-25
第2章材料及试验  25-34
  2.1 试验材料  25
  2.2 弹性模量的测试  25-26
  2.3 断裂韧性试验  26-29
    2.3.1 单边切口梁(SENB)法  27-28
    2.3.2 直接压痕(IM)法  28-29
  2.4 压痕残余张应力试验  29-31
  2.5 R曲线测试方法  31-33
  2.6 分析测试方法  33
    2.6.1 压痕裂纹的金相分析  33
    2.6.2 断口的扫描电镜分析  33
  2.7 本章小结  33-34
第3章极化PZT陶瓷断裂韧性各向异性及原因  34-41
  3.1 引言  34
  3.2 试验  34-36
    3.2.1 极化 PZT陶瓷断裂韧性试验  34-35
    3.2.2 极化 PZT陶瓷在 X方向的双压痕试验  35-36
  3.3 结果与分析  36-37
    3.3.1 PZT陶瓷断裂韧性试验结果  36
    3.3.2 PZT陶瓷的 5Kg压痕残余应力试验结果  36-37
  3.4 讨论  37-40
    3.4.1 极化 PZT陶瓷的电畴结构及力致畴变现象  37-38
    3.4.2 残余应力与畴变的关系  38-39
    3.4.3 畴变与断裂韧性的关系  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章纳米颗粒对PZT陶瓷断裂韧性的影响  41-46
  4.1 引言  41
  4.2 材料  41
  4.3 纳米复相 PZT陶瓷断裂韧性试验及结果  41-42
  4.4 纳米复相 PZT陶瓷残余应力试验及结果  42-44
  4.5 讨论  44-45
    4.5.1 普通陶瓷与纳米复相 PZT陶瓷断裂韧性的比较  44
    4.5.2 纳米复相 PZT与普通 PZT陶瓷残余应力的比较  44-45
  4.6 本章小结  45-46
第5章普通PZT陶瓷材料的 R曲线特征  46-56
  5.1 引言  46
  5.2 材料及试验  46-47
  5.3 结果  47-50
    5.3.1 载荷-位移曲线  47-48
    5.3.2 压痕载荷与强度关系  48-49
    5.3.3 R曲线特征  49-50
  5.4 讨论  50-55
    5.4.1 畴变带的形成  50-52
    5.4.2 极化方向 R曲线有上升趋势的原因  52-53
    5.4.3 陶瓷lgσ_f—lgP关系与 K_r—c曲线的关系  53
    5.4.4 R曲线具有上升平台的材料的强度—裂纹深度曲线特征  53-55
  5.5 本章小结  55-56
第6章压痕载荷对 PZT陶瓷断裂韧性的影响  56-64
  6.1 引言  56
  6.2 普通极化 PZT陶瓷的系列载荷断裂韧性试验  56-58
    6.2.1 材料  56
    6.2.2 系列载荷试验  56-57
    6.2.3 试验结果  57-58
  6.3 纳米复相陶瓷的系列载荷断裂韧性试验  58-59
    6.3.1 材料  58
    6.3.2 系列载荷试验  58
    6.3.3 试验结果  58-59
  6.4 讨论  59-63
    6.4.1 材料脆性参数 H/K_c  59-60
    6.4.2 压痕载荷对普通陶瓷断裂韧性的影响  60-61
    6.4.3 普通 PZT陶瓷 R曲线与压痕断裂韧性载荷效应的关系  61-62
    6.4.4 晶粒细化对压痕断裂韧性载荷效应的影响  62-63
  6.5 本章小结  63-64
第7章断裂韧性和断口的关系  64-73
  7.1 引言  64
  7.2 材料及试验  64-65
  7.3 断口分析  65-68
    7.3.1 压痕裂纹断口特征  65-67
    7.3.2 扩展区断裂特征  67-68
  7.4 断口分形特征  68-72
    7.4.1 PZT陶瓷断口的分形特征  68-69
    7.4.2 断口的面分维  69-72
  7.5 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-81
攻读学位期间发表的学术论文  81-82
致谢  82

PZT断裂韧性与纳米颗粒的影响

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