晶体对称性相关的PZT铁电陶瓷变形与失效机理研究

以PZT为代表的铁电陶瓷在现代工业的诸多领域中发挥着重要的作用，而其与电畴翻转密切相关的非线性变形行为和裂纹扩展行为则严重地限制了其应用的可靠性。由于电畴翻转强烈依赖于材料的晶体对称性，为此，本项目采用实验测试、理论分析与计算模拟相结合的手段系统地研究三种典型晶体对称性（三方相、四方相以及三方－四方相界附近）的PZT陶瓷的变形与裂纹扩展机理，及其与晶体对称性之间的相互关系。通过极化、退极化、电致裂纹扩展以及压痕实验获得三种对称性PZT陶瓷变形与裂纹扩展的实验数据；根据实验结果分析畴变与变形、裂纹扩展之间的相互作用，提出相应的本构模型和断裂模型，阐明与晶体对称性相关的变形与裂纹扩展机制。在此基础上提出用于多晶铁电材料的相场模型(Phase field model)，进一步改进模型的势能项使之与Taylor塑性原理相一致，用其来预测晶体对称性相关的铁电陶瓷变形与失效行为。