《電循環載荷作用下鐵電陶瓷裂紋尖端溫升機理研究》是依託北京理工大學，由陳浩森擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電循環載荷作用下鐵電陶瓷裂紋尖端溫升機理研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：陳浩森
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鐵電材料廣泛套用於電子、雷射、超聲、水聲、導航等領域，但由於斷裂韌性低以及製備過程中微孔洞、裂紋等缺陷的產生，常導致鐵電器件智慧型結構斷裂破壞，其主要的失效問題來自循環交變電場。一些在力載荷或直流電載荷作用下不明顯的問題，在動態電循環交變載荷服役環境下非常突出，如多次循環載入產生的自升溫效應、動態快速載入產生的率效應、裂尖絕熱效應等，將嚴重影響器件的使用壽命，而這方面的研究還不成熟。本項目通過實驗和理論相結合的方法，擬建立鐵電材料溫升在位觀測實驗測量技術與表征方法，探討同時考慮溫升效應和率效應的鐵電本構理論模型，提煉考慮裂紋尖端絕熱溫升效應的鐵電斷裂理論模型。期望在動態電循環載荷作用下鐵電陶瓷斷裂實驗表征以及理論方面獲得原創性成果，為交變電載荷作用下鐵電器件設計、製備和工程套用方面提供指導。
結題摘要
鐵電材料廣泛套用於電子、雷射、超聲、水聲、導航等領域，但由於斷裂韌性低以及製備過程中微孔洞、裂紋等缺陷的產生，常導致鐵電器件智慧型結構斷裂破壞，其主要的失效問題來自循環交變電場，與力載荷和直流電場載荷相比，一些（準）靜態載荷條件下不明顯的問題，在動態電循環載荷服役環境下非常突出，如多次循環載入產生的自升溫效應、動態快速載入產生的率效應、裂尖絕熱效應等，將嚴重影響器件的使用壽命。本項目通過實驗和理論相結合的方法，開展以下工作： 首先，實驗測定不同電場載入頻率、環境溫度下的鐵電塊體材料的電滯回線，提出了考慮電場載入頻率和溫度效應的Johnson-Cook（J-C）型鐵電疇變翻轉準則； 其次，基於疇變致溫升機理，提出了一種新型在位觀測疇變實驗表征方法，使得定量測定電致疇變熱功轉化係數、裂紋尖端180˚疇變區成為可能；率先報導了鐵電陶瓷電致疇變電場做功未能全部轉化為熱能的實驗結果，鐵電陶瓷PZT-5材料熱功轉化係數約為80%，建立了經實驗驗證的鐵電陶瓷熱功轉化的模型； 最後，展開循環電脈衝載荷作用下鐵電陶瓷斷裂力學研究。首次發現了循環低壓高頻電載荷作用下裂紋失穩擴展的新現象，提出了中心橢圓孔大範圍疇變翻轉理論模型（RLSS），發展了電/熱/力多場耦合作用下裂紋擴展數值模擬方法，揭示了電/熱/力多場耦合作用下鐵電陶瓷裂紋失穩機理，建立了不同電場頻率和幅值組合下的破壞相圖，可指導壓電/鐵電器件工程設計；發展了主動電脈衝紅外檢測（AEPT）方法，可用於含缺陷壓電/鐵電器件的無損檢測。
