冲击波加载下孔隙率对Pb0.99(Zr0.95Ti0.05)0.98Nb0.02O3 铁电陶瓷去极化性能的影响

冯宁博; 谷岩; 刘雨生; 聂恒昌; 陈学锋; 王根水; 贺红亮; 董显林

doi:10.7498/aps.59.8897

摘要

制备了四种不同孔隙率的Pb0.99(Zr0.95Ti0.05)0.98Nb0.02O3铁电陶瓷,并研究了冲击波作用下孔隙率对陶瓷去极化性能的影响. 研究表明: 短路负载条件下陶瓷的放电波形不随孔隙的加入而改变,均为方波. 多孔陶瓷的放电脉冲幅度较低,脉冲宽度较长. 释放的电荷量随着孔隙率的增加而减小,与静态电滞回线测试结果一致. 多孔陶瓷具有较低的冲击阻抗,改善了与封装介质的阻抗匹配. 用Lysne模型拟合了材料在高电阻负载条件下的放电行为,并指出高电阻负载条件下材料的介电常数是静态介电常数的4—5倍,而且材料的介电常数随孔隙率的增加而减小. 冲击波通过样品以后,电路的放电时间常数随着孔隙率的增大而增大. 随着电阻的增大,样品负载电压增高,材料铁电-反铁电相变受到抑制,电流上升沿变缓,致密陶瓷出现了击穿现象.

关键词:

Abstract

Four kinds of Pb0.99(Zr0.95Ti0.05)0.98Nb0.02O3 ferroelectric ceramics with different porosities are prepared, and the porosity effects on the depoling characteristics of those samples under shock wave load are investigated. The results show that under short circuit condition, the releasing current waveforms are in the form of square pulse for all samples. The amplitude of the current pulse decreases, but the width increases with the porosity increasing. The releasing charge decreases with the porosity increasing, which is consistent with the measurement by P-E loop. Porous ceramics has lower shock impedance, which improves the impedance match to the encapsulation medium. The depoling characteristics of those samples under high resistance load are simulated well by Lysne model. The results reveal that the dielectric constant of the sample is 4—5 times larger than that under static state, moreover, it decreases with porosity increasing. After the shock wave passing through the sample, the discharging time constant increases with porosity increasing. As the load increases, the rising edge becomes less steep for the restrain of the ferroelectric phase-antiferroelectric phase transformation under high electric field, and the breakdown happens to the dense ceramics.

Keywords:

Pb0.99(Zr0.95Ti0.05)0.98Nb0.02O3 ferroelectric ceramics /
porosity /
shock wave /
depoling

作者及机构信息

(1)中国工程物理研究院流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室,绵阳 621900; (2)中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 200050; (3)中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 200050;中国工程物理研究院流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室,绵阳 621900

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10676035)和中国科学院知识创新工程重要方向性项目(批准号:KGCXZ-YW-340)资助的课题.

Authors and contacts

(1)Key Laboratory of National Defense Science and Technology for Shock Wave and Detonation Physics, Institute of Fluid Physics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China; (2)Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China; (3)Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China;Key Laboratory of National Defense Science and Technology for Shock Wave and Detonation Physics, Institute of Fluid Physics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang

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施引文献

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