Разработка методов повышения прочностных характеристик пьезокерамики на основе оптимизации ее структуры и состава

• Автор: Егоров, Николай Яковлевич
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 174 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Применение методов линейной механики трещин к описанию разрушения пьезокерамики.

1.2. Физические явления при разрушении сегнетоэлектрической керамики.

1.3. Постановка цели и задач исследования

Глава 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ И МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Выбор основных прочностных параметров разрушения сегнетоэлектриков

2.2. Методики и аппаратура для исследования прочностных характеристик сегнетокерамики

2.3. Материалы и образцы для исследования

Глава 3. СОПРОТИВЛЕНИЕ РОСТУ ТРЕЩИН В ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ ЯКРИВ АЯ.

3.1. Факторы, влияющие на устойчивость развития трещины
3.1.1. Однородная нагрузка
3.1.2. Индентационная трещина пример неоднородной нагрузки
3.1.3 Разрушение, вызванное системой радиальных трещин под действием растягивающей нагрузки
3.2. Поведение Ккривой
3.3. Связь между микроструктурой и прочностью в поликристаллической сегнетокерамике
3.4. Выводы
Глава 4. МЕХАНИЗМЫ ДИССИПАЦИИ ЭНЕРГИИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ
4.1. Остаточные механические напряжения в сегнетокерамике
4.2. Поверхностные напряжения в пьезокерамике, вызванные механической обработкой.
4.3. Фазовые превращения в вершине трещины, индуцированные механическим напряжением
4.3.1. Рентгеноструктурные исследования.
4.3.2. Фазовые превращения при изменении температуры
4.3.3. Морфотропный фазовый переход
4.4. Выводы.
Глава 5 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕГНЕТОКЕРАМИКИ.
5.1. Влияние условий эксплуатации на прочностные характеристики ПК.
5.1.1. Влияние внешних воздействий на доменную структуру пьезокерамики.
5.1.2. Термическая стойкость сегнетокерамики.
5.1.3. Влияние электрического поля на вязкость разрушения пьезокерамики
5.2. Технологические методы управления прочностными характеристиками сегнетокерамики
5.2.1. Оптимизация давления формования керамических материалов
5.2.2. Влияние стеклофазы на формирование микроструктуры пьезокерамики.
5.2.3. Упрочнение сегнетокерамики введением крупных частиц
5.2.4. Влияние стехиометрии на прочностные и электрофизические свойства пьезокерамики
5.3. Выводы8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Вершина (кончик) трещины является местом возникновения наибольшей концентрации напряжений и исходной точкой дальнейшего разрушения. Поэтому особое внимание в механике разрушения уделяется именно вершине трещины и малой области у фронта трещины. Наиболее общий случай полей деформаций и напряжений у вершины трещины можно получить взаимным наложением трех частных видов (типов) деформаций (рис. Вид I соответствует отрыву, когда берега (поверхности) трещины расходятся в противоположных направлениях; вид II связан с поперечным сдвигом - перемещением, при котором берега трещины скользят один по другому симметрично плоскости ХОУ; вид III соответствует антиплоской деформации (разрезанию ножницами), когда трещина находится в условиях продольного сдвига, а берега трещины скользят один по другому параллельно направляющему фронту трещины. К. Сегнетокерамика, как и другие керамические материалы, представляет собой малопластичный материал, с незначительным размером пластической зоны у фронта трещины и до разрушения ведет себя практически упруго, поэтому для расчетов можно применять соотношения линейной механики разрушения и не накладывать жестких ограничений на размеры образцов, как это бывает в случае металлов [5]. Необходимо только, чтобы в поперечном сечении образца были отражены все элементы микроструктуры материала, достаточного для учета статистических характеристик. Усложнение модели деформируемого твердого тела путем введения элементов типа разрезов, характеризуемых параметром, имеющим размерность длины, представляет дополнительные возможности в описании и исследовании прочностных свойств материалов. Появляется возможность формулировать критерий локального разрушения, т. Для случая трещин отрыва I критерий локального разрушения заключается в том, что коэффициент КI в формулах для напряжений вблизи кончика трещины в момент локального разрушения считается равным критическому коэффициенту интенсивности напряжений К]с. В простейшем случае для небольшой внутренней трещины в растянутом теле [2]. Введение в рассмотрение длины трещины позволяет учесть кинетику повреждения. Выражением этой возможности являются диаграммы разрушения в виде зависимости скорости распространения трещины от величины КИН, использующиеся в расчетах долговечности пьезокерамических образцов. Процесс зарождения трещин в сегнетокерами-ческих материалах обычно не рассматривают, считая, что разрушение вызывается либо ранее существовавшими трещиноподобными дефектами (поры, включения), либо вносимыми при поверхностной обработке. Это подтверждают результаты фрактографического анализа поверхностей разрушения различных составов сегнетокерамики [6, 7, 8]. Процесс развития трещин в хрупких материалах, в том числе и в сегнето-керамике, обычно делится на два этапа: докритичсский или медленный рост трещин и катастрофическое разрушение. Для каждого из них важную роль играет коэффициент интенсивности напряжений К9 характеризующий не только начало катастрофического разрушения (К = Ліс), но и скорость докритического роста трещины. В последнем случае значение К меньше Кс. Скорость докритического роста трещин обычно описывается уравнением [9]. У = А-К; (1. Параметры А и п рассчитываются по полученным экспериментальным данным. Диаграммы «V - /б» имеют фундаментальное значение и могут быть использованы для прогнозирования долговечности изделий из сегнетокерамики, так и для анализа механизмов медленного роста трещины [, , ]. Большинство способов экспериментального определения величины основано на принципе, заключающемся в следующем. В испытуемом образце определенной формы и размера создается искусственная трещина (надрез), имеющая строго определенную форму и размер. После этого образец нагружают с определенной скоростью и фиксируют критическую нагрузку, при которой трещина становится неустойчивой или, по крайней мере, резко ускоряет свой рост. Затем по измеренной нагрузке с учетом схемы нагружения, формы и размеров трещины и образца в целом по формулам механики разрушения вычисляют значения К, которое при нагрузке равной критической и дает значение Кс.