铁电陶瓷材料在交变电场作用下的电疲劳研究.pdfVIP

第34卷 第7期 稀有金属材料与工程 、，01．34，No．7 2005年 7月 RAREMETALMATERIAI，SANDENG姗ER斟G July2005 铁电陶瓷材料在交变电场作用下的电疲劳研究 陈志武1，一，张颖2 (1．华南理工大学电子材料科学与工程系，广东广州510640) (2．厦门大学材料科学与工程系，福建厦门361005) 摘要：研究了PLzT铁电陶瓷的电疲劳特性。结果表明：在加上极化电场以后，相对于未疲劳试样，电疲劳试样中沿 着电场方向翻转的电畴较少，沿偏离电场方向的电畴较多。sEM分析表明疲劳前样品的断裂模式主要为穿晶断裂，而疲 劳后主要为沿晶断裂。利用原位xRD分析得出样品在交流电场下由900畴变导致的畴变应变高达0．1％，这种反复高畴变 应变造成的沿晶微裂纹是造成疲劳试样电畴沿电场方向翻转减少的主要原因，并最终导致了铁电陶瓷的电疲劳。 关键词：铁电陶瓷：电疲劳；电畴取向；微裂纹 ＼ 中图法分类号：0347 文献标识码：A 文章编号：1002．185X(2005)07．1109．05 始样品的晶体结构。采用C叫勋靶(A=0．15405nm)， 1 引 言 40kv×50 铁电陶瓷材料在持续的外加交变电场作用下的电 ≤700。采用美国Radiant 疲劳是导致器件功能退化和失效的主要原因，典型特 征为随着电场循环次数的增加，铁电陶瓷剩余极化强 加的交变疲劳电场为E三1 500 度降低【lq】。目前为广大学者接受的电疲劳起因主要有 压是最大电场强度为1 V／mm的标准三角波，周期 三类：(1)电畴钉扎【I卅：陶瓷中空间电荷或氧空位等 为200ms。 缺陷造成电畴被钉扎；(2)内应力集中【2，5~8】：陶瓷中 采用点毫2500V／mm的直流电场在室温下分别对 min。 的内应力在极化反转中来不及释放造成微裂纹，使材 疲劳试样与初始未疲劳试样进行加载，时间为40 料受损；(3)陶瓷体一电极界面受损【2，9，10】：陶瓷体一加载后，用稀硝酸腐蚀去银，采用D／Max一3Cx光衍 电极界面在高交变电场作用下有可能存在电化学反应 射仪对2种样品各衍射峰进行分析。采用德国LEO 、电晕现象和接触损伤，诱发电疲劳。由此可见，微 1530型扫描电镜分析样品的显微结构。采用原位 裂纹、畴变可能是材料在疲劳过程中性能退化和破坏 的原因。 变化【11】。扫描角度为430≤2p≤460。 本研究旨在探讨电疲劳试样中电畴取向与材料中 3结果与讨论 的疲劳微裂纹之间的关系，从根本上阐明铁电陶瓷材 料的疲劳损伤失效机理。 x—Ray指标化结果表明在常温下样品为四方结 9nm，c=0．4096nm，c／口 构，点阵常数为口=6=0．403 2实验 为1．014。 实验中选用的PLzT材料，zr／Ti比为53：47，另常温下样品在正弦交流电场作用下的疲劳实验结 有3m01％的Pb被La和Nb所取代。试样采用高纯度果表明：铁电陶瓷剩余极化强度随交流电