[发明专利]用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试装置及方法

权利要求书

1.一种用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试装置，其特征在于：包括上导向模(2)，在上导向模(2)上设有高精度载荷传感器(1)，上导向模(2)设于下导向模(3)上，在下导向模(3)的下方设有下承载模(7)，待测试的样品(5)置于下承载模(7)上，在下导向模(3)与下承载模(7)之间设有上承载模(6)，压杆(4)的一端穿过下导向模(3)后连接上导向模(2)，另一端位于样品(5)的上方，在样品(5)的下方设有高精度位移传感器(8)，高精度位移传感器(8)设于下承载模(7)的内孔内，下导向模(3)、压杆(4)及下承载模(7)由良好导电的金属材料制得，下导向模(3)及下承载模(7)分别连接高压电源(9)的正极及负极，上承载模(6)由透明的绝缘的树脂材料制得。

2.一种采用如权利要求1所述的力学性能测试装置的用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试方法，其特征在于，步骤为：

步骤1、搭建好如权利要求1所述的力学性能测试装置后，由高压电源(9)通过所述下导向模(3)及所述下承载模(7)向样品(5)施加不同幅值的交流电场或不同强度的直流电场；

步骤2、在每种幅值的交流电场或每种强度的直流电场下，测量至少1个样品(5)，测量时，通过所述压杆(4)向每个样品(5)施加力场直至该样品(5)断裂，在此过程中，以固定的采样频率记录通过所述高精度载荷传感器(1)及所述高精度位移传感器(8)得到的位移和载荷，随后绘制位移-载荷曲线，该曲线的斜率为样品(5)的弹性模量，在该曲线中找出样品(5)断裂时加载的最大载荷P，计算得到该样品(5)的断裂强度σ_f。

3.如权利要求2所述的一种用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试方法，其特征在于：在所述步骤2后还包括：步骤3、得到不同幅值的交流电场或不同强度的直流电场所对应的样品(5)的不同断裂强度σ_f，绘制断裂强度σ_f随交流电场或直流电场变化的曲线。

4.如权利要求2所述的一种用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试方法，其特征在于：在步骤2中，在每种幅值的交流电场或每种强度的直流电场的交流电场下，测量至少3个样品(5)，每种幅值的交流电场或每种强度的直流电场所对应的断裂强度σ_f为当前幅值的交流电场或当前强度的直流电场下所有样品(5)的断裂强度σ_f的均值及弹性模量的均值。

5.如权利要求2至4中任一项所述的一种用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试方法，其特征在于：所述断裂强度σ_f的计算公式为：

其中，a为所述下承载模(7)的内孔直径，b为所述压杆(4)的直径，t为所述样品(5)的厚度，γ为所述样品(5)的泊松比。

6.如权利要求2至4中任一项所述的一种用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试方法，其特征在于：所述样品(5)为脆性小样品材料，其厚度为0.3～0.7mm，其为圆片或方片，圆片的直径为10mm、方片的边长为10mm。

7.如权利要求2至4中任一项所述的一种用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试方法，其特征在于：所述交流电场的幅值范围为0-1000V/mm，所述直流电场的电场强度范围为-600-600V/mm。

8.如权利要求2至4中任一项所述的一种用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试方法，其特征在于：所述力场的加载速率为：0.02-0.05mm/min。

9.如权利要求2至4中任一项所述的一种用于压电陶瓷力电耦合条件下的力学性能测试方法，其特征在于：所述采样频率为10pt/s。