實驗名稱：力(li)-電耦合作用下鐵電材料的性能(neng)研究

　　測試設備：高壓放大器、信號(hao)發生器、A/D采(cai)集卡、應變儀、壓電陶瓷等。

　　實驗過程：

　　圖1：力-電耦合試驗測試裝置

　　本試驗(yan)涉及到的加載與測(ce)試單(dan)元組成如圖(tu)1所示，高(gao)(gao)壓(ya)(ya)電場(chang)E由D/A信號(hao)發生卡(ka)經(jing)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)放(fang)大(da)器產(chan)生，能(neng)夠提(ti)供最(zui)高(gao)(gao)10kV的電壓(ya)(ya)，為防(fang)止高(gao)(gao)壓(ya)(ya)擊穿空氣，試驗(yan)在硅油中進行。試驗(yan)過(guo)(guo)程中電場(chang)強(qiang)度(du)由高(gao)(gao)壓(ya)(ya)放(fang)大(da)器的monitor通(tong)道(dao)輸出，電極化(hua)(hua)強(qiang)度(du)通(tong)過(guo)(guo)Sawyer-tower回路測(ce)量[121]，利用(yong)粘貼在試樣表面的兩組垂(chui)直(zhi)布置(zhi)的應(ying)變(bian)片，分(fen)別測(ce)量極化(hua)(hua)方向(xiang)上與垂(chui)直(zhi)方向(xiang)上的應(ying)變(bian)。三(san)組物理量通(tong)過(guo)(guo)采集卡(ka)讀入計算機。

　　圖(tu)2：載(zai)荷與(yu)電場的加載(zai)方向及試樣處理

　　被(bei)測試(shi)樣(yang)(yang)選(xuan)用(yong)(yong)PZT-5壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)，尺寸為(wei)(wei)8×4×4（長×寬(kuan)×高，單位mm）的立方體，兩個相對(dui)的4×4表(biao)面(mian)(mian)為(wei)(wei)被(bei)銀面(mian)(mian)；采用(yong)(yong)BX120-2AA型應(ying)變(bian)(bian)片測量(liang)材料(liao)變(bian)(bian)形(xing)，應(ying)變(bian)(bian)片帶有20cm絕緣(yuan)導(dao)線，能(neng)夠在電場(chang)內(nei)確保應(ying)變(bian)(bian)片的絕緣(yuan)。利用(yong)(yong)502快(kuai)干膠(jiao)將應(ying)變(bian)(bian)片粘貼在打磨(mo)平整的PZT陶(tao)瓷(ci)表(biao)面(mian)(mian)，為(wei)(wei)避(bi)免在高壓(ya)電場(chang)中產生尖端放電現象，需(xu)要在其(qi)表(biao)面(mian)(mian)涂抹(mo)硅(gui)橡膠(jiao)進(jin)行(xing)絕緣(yuan)處理(li)。由于(yu)硅(gui)橡膠(jiao)溶解于(yu)硅(gui)油(you)，還應(ying)該(gai)在最外層涂抹(mo)密(mi)封(feng)硅(gui)酮進(jin)行(xing)防油(you)處理(li)，試(shi)樣(yang)(yang)的處理(li)如圖(tu)2所示。

　　如(ru)圖(tu)2所(suo)示，沿x軸在PZT-5陶瓷兩(liang)個(ge)表面施加(jia)(jia)載荷(he)(he)，兩(liang)個(ge)應(ying)變(bian)片分別測量與載荷(he)(he)同向(xiang)的電(dian)致(zhi)伸縮(suo)應(ying)變(bian)λP33和垂直于載荷(he)(he)的應(ying)變(bian)λP31，電(dian)場(chang)沿z方(fang)向(xiang)施加(jia)(jia)，試驗過程中同時采集壓縮(suo)載荷(he)(he)和兩(liang)路應(ying)變(bian)信號。

　　實驗結果：

　　圖(tu)3：不同外載荷下(xia)的PZT-5電致伸縮曲線的初始線性段

　　試驗結果如圖3所示，兩(liang)個(ge)(ge)方向(xiang)(xiang)上的(de)λP-E均(jun)(jun)為(wei)線性，此時(shi)曲線斜(xie)率為(wei)材料在x、z兩(liang)個(ge)(ge)方向(xiang)(xiang)上的(de)壓電(dian)系(xi)數(shu)，分別表示為(wei)dP33和dP31。由于極化(hua)過程(cheng)被外載荷(he)限制(zhi)，兩(liang)個(ge)(ge)方向(xiang)(xiang)上的(de)壓電(dian)系(xi)數(shu)均(jun)(jun)隨外載荷(he)的(de)增(zeng)加而下(xia)降(jiang)，但對于垂直(zhi)于極化(hua)方向(xiang)(xiang)上的(de)壓電(dian)系(xi)數(shu)dP31其下(xia)降(jiang)的(de)趨勢更(geng)明顯。在50MPa的(de)壓應力下(xia)，其壓電(dian)系(xi)數(shu)下(xia)降(jiang)了(le)53%，而極化(hua)方向(xiang)(xiang)上的(de)壓電(dian)系(xi)數(shu)dP33僅下(xia)降(jiang)12.8%。

　　高壓放大器推薦：ATA-7050

　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

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