铁电陶瓷材料在交变电场作用下疲劳研究进展-CORE.PDF

第33 卷 第7 期 稀有金属材料与工程 Vol.33, No.7 2004 年 7 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING July 2004 铁电陶瓷材料在交变电场作用下疲劳研究进展 1,2 2 2 陈志武 ，程 璇 ，张 颖 (1. 华南理工大学，广东 广州 510640) (2. 厦门大学，福建 厦门 361005) 摘 要：通过对铁电陶瓷疲劳失效研究现状的文献综述，概述了国内外在电疲劳和电致疲劳的机理、影响因素和实验手 段等方面的研究进展。通过分别对各类电疲劳机理和各种电致疲劳模型进行讨论，比较了各种理论和模型之间的不同之处， 指出了为掌握铁电陶瓷疲劳失效机理尚需解决和澄清的问题。 关键词：铁电陶瓷；电疲劳；电致疲劳 中图法分类号：O347 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2004)07-0673-06 [6~13] 为广大学者接受的电疲劳起因主要有3 类 。 1 引 言 2.1.1 内应力集中 铁电陶瓷材料具有优良的机电藕合效应和对外加 该机制认为，陶瓷中存在内应力，其在极化反转 电场迅疾反应的能力，是1 种优良的活性材料。该材 中，应力来不及释放可造成微裂纹，后者破坏了电场 料已被广泛应用于制作常规元器件以及应用于微驱动 的连续性，使晶体中越来越多的自发极化不能被电场 器﹑微执行器﹑光储存元件等高科技和信息电子产品 反转。关于内应力的起因，不同学者有着不同的看法。 中。其中，分辨率可达数十纳秒，响应时间为毫米级 Plessner[13~17] 等人认为内应力是由于电畴在电场 的陶瓷位移驱动器是当代高新技术迫切需要的功能器 作用下发生非 180o 转动造成的。因为电畴的非 180o 件，它在精密光学﹑激光通讯﹑精密机械加工等高技 转动必然伴随着晶胞沿初始极化方向收缩，沿新的极 [1,2] 化方向伸长，从而发生畴变应变，由于各晶粒间不能 术领域中得到广泛的应用 。然而，用于微驱动和微 执行器中的铁电陶瓷材料需在循环往复﹑甚至高频电 协调变形，导致在晶体内部形成局部应力集中诱发微 场下运行，在经过大量周期性加载后，铁电陶瓷材料 裂纹。Tsurumi[18]推导出四方铁电陶瓷中90o 畴变所引 会老化,导致器件的功能退化和失效。因而，铁电材料 起的应变Sd 的近似公式，其如下式所示： 在交流电场循环加载下发生疲劳失效是设计和操作由 [R (E ) R ( 0)]( c a ) S （1） d [3] [1 R ( 0 )] a R ( 0) c 该材料制成的驱动和执行装置所应该关注的问题 。 本文从铁电陶瓷电疲劳﹑