电场、残余应力和介质对PZT-5H铁电陶瓷压痕裂纹扩展的耦合作用

金属学报, 2005, 41(1): 36-40. doi: 10.3321/j.issn:0412-1961.2005.01.008

电场、残余应力和介质对PZT-5H铁电陶瓷压痕裂纹扩展的耦合作用

黄海友 ^1, , 宿彦京 ^2, , 乔利杰 ^3, , 高克玮 ^4, , 褚武扬 ^5,

1.北京科技大学材料物理系,北京,100083

2.北京科技大学材料物理系,北京,100083

3.北京科技大学材料物理系,北京,100083

4.北京科技大学材料物理系,北京,100083

5.北京科技大学材料物理系,北京,100083

基金项目: 国家自然科学基金(50131160738)

关键词： PZT-5H铁电陶瓷 , 压痕裂纹 , 耦合作用 , 滞后扩展 , 滞后断裂

COUPLING EFFECT OF ELECTRIC FIELD, RESIDUAL STRESS AND MEDIUM ON PROPAGATION OF INDENTATION CRACKS IN A PZT-5H CERAMIC

通过在硅油中加恒电场实验,研究了PZT-5H铁电陶瓷Vickers压痕裂纹的扩展行为,探讨了电场、残余应力以及介质间的耦合作用.结果表明,残余应力不足以使压痕裂纹在硅油中发生滞后扩展,只有外加恒电场E＞0.2 kV/cm,电场、残余应力和介质的耦合才能使压痕裂纹在经过一个孕育期tp后发生滞后扩展.由于有效应力强度因子随裂纹扩展而下降,故压痕裂纹扩展10-30μm后就将止裂.压痕裂纹在硅油中滞后扩展的门槛电场强度EDP=0.2 kV/cm.如外加电场大于临界电场Ep=5.25 kV/cm,电场和残余应力的耦合可使压痕裂纹瞬时扩展;保持恒电场,裂纹能继续扩展,然后止裂.如外加电场大于12.6 kV/cm,不需要残余应力协助,电致裂纹也能在光滑试样上形核、长大、连接,导致试样断裂.试样发生电致滞后断裂的门槛电场EDF=12.6 kV/cm,发生瞬时断裂的临界电场EF=19.1 kV/cm.

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