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)致其無法通過提高溫度促進(jìn)極化過程；而對于新型高溫鐵電陶瓷，其矯頑電場較高并超過了其材料本身的擊穿電場導(dǎo)致難以對其做到飽和極化，因此純電場極化的方式在新型鐵電陶瓷的極化工藝中受到限制。實(shí)際上除電場外，應(yīng)力場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)裝置并通過測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程，使鐵電陶瓷在低低電場下就能獲得較好的壓電性能。

測試設(shè)備：高壓放大器、信號發(fā)生器、靜電計(jì)等。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：鐵電陶瓷雙軸橫向應(yīng)力（a）加載過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。而電場通過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、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)的純電場極化），材料在0.5、0.75、1.0、1.25倍矯頑電場大小的極化電場下，其剩余極化值分別為0.02、0.05、0.115、0.12C/m2，即極化隨著電場的增大而增大。

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審核編輯 黃宇