PZT基鐵電陶瓷材料疲勞特性研究.pdf

1、本文采用固相反應(yīng)燒結(jié)法制備了實(shí)驗(yàn)所用PZT基鐵電陶瓷材料;在300-433K的溫度范圍內(nèi)研究了PZT基陶瓷的鐵電滯后特性與溫度的依賴性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量其在交流電場(chǎng)中疲勞前后阻抗譜和電導(dǎo)率的變化，分析和討論了鐵電材料的近電極疲勞機(jī)制。針對(duì)上述的近電極疲勞機(jī)制，PZT陶瓷基體與Ag電極之間引入界面緩沖層LSM，來(lái)探討它對(duì)PZT基鐵電陶瓷介電特性、漏電流、鐵電性能的影響，測(cè)試了LSM作用下疲勞前后的電滯回線和對(duì)比分析了剩余極化強(qiáng)度歸一化隨疲勞循

2、環(huán)次數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，著重探討了LSM緩沖層與抗疲勞性能的關(guān)系。主要工作如下:
　　 1、隨著溫度的升高，剩余極化強(qiáng)度、飽和極化強(qiáng)度以及矯頑場(chǎng)強(qiáng)在低電場(chǎng)區(qū)域逐漸增大，而在高電場(chǎng)區(qū)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這可以用極化反轉(zhuǎn)和反向反轉(zhuǎn)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制來(lái)解釋。通過(guò)計(jì)算不同溫度和電場(chǎng)下電滯回線包圍面積發(fā)現(xiàn)，電滯回線面積的對(duì)數(shù)和測(cè)試電場(chǎng)的對(duì)數(shù)之間的關(guān)系可以分成三個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)著空間電荷極化、疇的極化反轉(zhuǎn)成核以及疇的進(jìn)一步長(zhǎng)大過(guò)程，反向反轉(zhuǎn)特性的溫度依賴性關(guān)系

3、可以用阿倫尼烏斯定律進(jìn)行描述。并且，擬合結(jié)果表明疇反轉(zhuǎn)的激活能隨著測(cè)試電場(chǎng)強(qiáng)度的增大衰減到0.042eV，這源于電場(chǎng)的增大提供了增強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，使得疇成核和反轉(zhuǎn)更容易進(jìn)行。
　　 2、分別對(duì)疲勞前后晶界部分和近電極區(qū)域的電導(dǎo)率進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，經(jīng)3×106疲勞循環(huán)次數(shù)之后，晶界區(qū)域的直流電導(dǎo)率下降了89.6％，而近電極區(qū)域的直流電導(dǎo)率下降了93.3％，表明鐵電陶瓷的疲勞主要發(fā)生在近電極區(qū)域，由此獲得了可以通過(guò)改善電極界面特性來(lái)提高材料

4、的抗疲勞性能的重要結(jié)果。
　　 3、在中低頻率范圍內(nèi)，加入LSM緩沖層的PZT基陶瓷材料的介電常數(shù)和介電損耗的頻率依賴性明顯減弱，當(dāng)樣品經(jīng)1.4×107次循環(huán)之后，Ag‖PZT‖Ag的剩余極化強(qiáng)度損失了85％，而Ag‖LSM/PZT/LSM‖Ag只損失了55％，表明材料的漏電流密度降低，極化強(qiáng)度增加，這是由于LSM緩沖層可以補(bǔ)償堆積在近電極界面區(qū)域的電荷，意味著LSM緩沖層的加入可使材料具有更好的抗疲勞性能;采用疲勞模型對(duì)疲勞后