2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、納米復合陶瓷是指納米相顆粒均勻、彌散地分布在陶瓷基體中形成的復合材料。陶瓷結構納米化可使其力學性能顯著提高,突出表現(xiàn)在:斷裂強度、斷裂韌性和耐高溫性能三個方面,同時還能提高材料的硬度、彈性模量、Weibull模數(shù)、并對熱導率、熱膨脹系數(shù)、抗熱震性等產(chǎn)生有益的影響。 但是,壓電陶瓷的結構納米化對其性能的影響尚缺乏研究。本文利用Pb(NO3)2、Zr(NO3)4-5H2O、Ti(OC4H9)4作為原料,NaOH作為礦化劑,通過溶膠.

2、凝膠法結合水熱處理制備了組成近于準同型相界(MPB)的Pb(zr0.52Ti0.48)O3納米晶(PZT)粉體并利用傳統(tǒng)氧化物燒結法制備組成相同的PZT粉體。通過DSC/TGA、FT—IR、XRD和SEM對合成粉體進行了分析和表征。由此制備了均勻組成和結構的普通和納米復合PZT陶瓷,并對其彈性模量、彎曲強度、硬度和斷裂韌性等力學性能進行了測試分析;且利用SEM分析了PZT陶瓷的斷口形貌及斷裂方式;又通過Weibull統(tǒng)計評價了PZT陶瓷

3、的彎曲強度的分散性;還通過R曲線模擬分析,研究了極化對PZT陶瓷強度的影響。 DSC/TGA、FT—IR、XRD和SEM結果表明:溶膠—凝膠法制備的PZT相在220℃開始出現(xiàn),270℃水熱處理2h合成了純相納米晶PZT粉體,粉體的晶粒大小為25nm左右。 納米復合PZT壓電性能測試結果表明其機電耦合系數(shù),介電常數(shù)和壓電系數(shù)等壓電性能指標均不低于普通PZT陶瓷。力學性能測試結果表明:納米復合PZT陶瓷的彈性模量較普通PZT

4、陶瓷有明顯提高,約提高36%;納米復合PZT陶瓷的彎曲強度較普通PZT陶瓷有明顯提高,約提高29%,納米復合PZT強度的升高主要是晶界強化導致的結果;不同載荷下,納米復合PZT陶瓷硬度均高于普通PZT陶瓷的硬度,并且兩種材料都存在壓痕尺寸效應:在壓痕載荷5Kg條件下,納米復合PZT陶瓷的斷裂韌性較普通PZT陶瓷有明顯提高,約提高50%左右;極化狀態(tài)納米復合PZT陶瓷的斷裂韌性存在各向異性,平行于極化方向的斷裂韌性值高于另外兩個垂直于極化

5、方向斷裂韌性值,并認為這種斷裂韌性的各向異性是由極化PZT陶瓷的電疇結構及力致疇變現(xiàn)象造成的。對彎曲強度的Weibull統(tǒng)計分析表明:在試驗樣品數(shù)為26的情況下,普通PZT陶瓷的Weibull模數(shù)為3.59,而納米復合PZT陶瓷材料Weibull模數(shù)為8.167,說明納米復合PZT陶瓷材料彎曲強度波動范圍較小。斷口的SEM與分形分析表明:普通PZT陶瓷在快速擴展區(qū)的斷裂方式是沿晶斷裂,納米復相PZT陶瓷是穿晶斷裂,穿晶斷裂的斷口分形維數(shù)

6、高于沿晶斷裂,分形維數(shù)與斷裂韌性成正比例關系,這明顯表明壓電陶瓷微觀結構納米化對斷裂韌性的有益影響。R曲線模擬分析表明:極化方向的裂紋擴展阻力隨著裂紋深度的增加而增加,體現(xiàn)了疇致偏轉對斷裂的阻礙作用。 綜上所述,本課題研究表明,PZT壓電陶瓷結構的納米化,可以實現(xiàn)其在壓電性能不變或稍有提高的情況下,大幅度地提高力學性能。換言之,結構納米化,可以在保證PZT壓電陶瓷原有性能參數(shù)的條件下,顯著地改善其力學性能。因此,可以預期,PZ

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