基于有限元的PMS-PZT壓電陶瓷制備工藝的研究.pdf

1、隨著自然科學的發(fā)展，壓電學已經成為現代科學與技術的一個重要學科，有關新材料和新技術的研究已經成為當前的一項科學前沿。三元系PMS-PZT壓電陶瓷材料廣泛應用于當前的電子信息產業(yè)、航空航天領域的電子元器件中，利于壓電陶瓷的正逆壓電效應進行電能與機械能的相互轉換，在無機功能材料領域具有非常重要的地位。
　　PMS-PZT陶瓷制備過程中的粉體模壓成型環(huán)節(jié)，對制品的燒結收縮和性能參數的測定有著非常重要的作用。粉體模壓成型是一種最簡單、最直

2、觀、也應用最為廣泛的陶瓷成型工藝，對模壓成型工藝進行優(yōu)化研究是當前壓電陶瓷制備工藝的一項重要的內容。研究表明，模壓成型工藝能夠有效制備厚度小于60mm的制品。但是在微觀結構上，制品存在應力、密度分布不均的現象，影響壓電陶瓷的性能。本課題在研究壓電陶瓷模壓成型工藝的基礎上，采用二次燒結工藝制備了三類體積規(guī)格的PMS-PZT陶瓷樣品，薄圓片狀、圓柱狀和薄方塊狀。分析了實驗中出現的變形、彎曲、斷裂以及融化等失效結果產生的原因。在分析樣品微觀結

3、構、失效和致密度的基礎上，測定了試樣相關的介電、彈性[S]和壓電[d]參數。
　　在模壓致密過程中，由于存在著粉體與模具內壁之間接觸等復雜的邊界條件，單純依靠實驗分析很難獲得應力分布在微觀結構中的精確解。本課題假設粉體材料為“可壓縮的連續(xù)體介質”，以有限元軟件 ANSYS為平臺，大變形彈塑性理論為基礎建立了 PMS-PZT陶瓷粉體模壓成型的有限元模型?；贒rucker-Prager材料模型，分析了在最大外載荷為70Mpa、粉體與

4、模具內壁之間摩擦因數為0.2下的應力分布和粉體流動情況；同時分析了在不同摩擦因數下坯體內部的應力分布情況。有限元分析表明，粉壁摩擦是影響壓電陶瓷內部結構的重要因素，這與實驗測試的結果具有一致性。
　　為了衡量試樣在正逆壓電效應下的機電轉換特性，課題基于壓電陶瓷機電耦合分析理論，以ANSYS有限元軟件為平臺，建立了以PMS-PZT陶瓷為材料的壓電雙晶片結構模型，耦合分析了PMS-PZT陶瓷試樣的驅動和感應特性。分析表明，在正逆壓電效