實驗名稱：力-電耦合作用下鐵電材料的性能研究

　　測試設備：高壓放大器、信號發生器、A/D采集卡、應變儀、壓電陶瓷等。

　　實驗過程：

　　圖1：力-電耦合試驗測試裝置

　　本试验涉及到的加载与测试单元组成如图1所示，高壓电场E由D/A信号发生卡经高壓放大器产生，能够提供最高10kV的电压，为防止高壓击穿空气，试验在硅油中进行。试验过程中电场强度由高壓放大器的monitor通道输出，电极化强度通过Sawyer-tower回路测量[121]，利用粘贴在试样表面的两组垂直布置的应变片，分别测量极化方向上与垂直方向上的应变。三组物理量通过采集卡读入计算机。

　　圖2：載荷與電場的加載方向及試樣處理

　　被測試樣選用PZT-5壓電陶瓷，尺寸爲8×4×4（長×寬×高，單位mm）的立方體，兩個相對的4×4表面爲被銀面；采用BX120-2AA型應變片測量材料變形，應變片帶有20cm絕緣導線，能夠在電場內確保應變片的絕緣。利用502快幹膠將應變片粘貼在打磨平整的PZT陶瓷表面，爲避免在高壓電場中産生尖端放電現象，需要在其表面塗抹矽橡膠進行絕緣處理。由于矽橡膠溶解于矽油，還應該在最外層塗抹密封矽酮進行防油處理，試樣的處理如圖2所示。

　　如圖2所示，沿x軸在PZT-5陶瓷兩個表面施加載荷，兩個應變片分別測量與載荷同向的電致伸縮應變λP33和垂直于載荷的應變λP31，電場沿z方向施加，試驗過程中同時采集壓縮載荷和兩路應變信號。

　　實驗結果：

　　圖3：不同外載荷下的PZT-5電致伸縮曲線的初始線性段

　　試驗結果如圖3所示，兩個方向上的λP-E均爲線性，此時曲線斜率爲材料在x、z兩個方向上的壓電系數，分別表示爲dP33和dP31。由于極化過程被外載荷限制，兩個方向上的壓電系數均隨外載荷的增加而下降，但對于垂直于極化方向上的壓電系數dP31其下降的趨勢更明顯。在50MPa的壓應力下，其壓電系數下降了53%，而極化方向上的壓電系數dP33僅下降12.8%。

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