[发明专利]一种无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的方法

权利要求书

1.一种无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的方法，其特征在于，方法步骤如下；

(1)根据公式，计算出相应测试参数对应的层状铁电复合材料考虑畴变增韧的界面裂纹断裂韧性

其中，K_c是层状铁电复合材料界面裂纹不考虑畴变现象时的断裂韧性；E是电场强度的大小；ω是电场方向和复合材料界面裂纹的夹角；代表电场相关的铁电畴变行为对于铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的调控作用，其表达式为：

其中，角度γ为铁电体初始极化方向与裂纹面的夹角；是刻画畴变区域范围对界面裂纹断裂韧性影响的三角函数；角度/和/分别为组分材料I和II畴变区域最大高度对应的方位角；Π_I(E,ω),Π_II(E,ω)和/是用来刻画铁电复合材料性质的三个电场相关的耦合系数；μ_I和μ_II分别是铁电组份材料I和II的剪切模量；k^(I)和k^(II)分别是铁电组份材料I和II非均匀畴变准则的斜率；/和/分别是铁电组份材料I和II触发铁电畴变时等效应力临界值；/和/分别是铁电组份材料I和II触发铁电畴变时发生90度畴变的体积百分比；/和/分别是铁电组份材料I和II达到畴变饱和时等效应力临界值；P_s^(I)和P_s^(II)分别是铁电组份材料I和II的自发极化强度；/和/分别是铁电组份材料I和II的自发极化应变；π为圆周率；上述参数通过实验测量或者查找资料获得；

(2)断开电源，将铁电复合材料置于硅油中的恒定电场区，用夹具固定；

(3)根据步骤(1)计算出的测试参数，调节电流调节开关，使恒定电场区中电场强度的大小为E；

(4)根据步骤(1)计算出的测试参数，调节转动机构，使电机驱动夹具绕轴心旋转，最终使电场与铁电复合材料界面裂纹间的夹角为ω；

(5)合上电源开始加载，使铁电复合材料完成畴变行为；

上述步骤中，铁电复合材料转动前，先将电源断开，待转动完成后再接通电流，持续5分钟，无级调控得到断裂韧性增韧至的铁电复合材料；

所述步骤(3)中电场强度的大小E的范围为0～1kV/mm；

所述铁电复合材料为层状二元铁电复合材料；

所述层状二元铁电复合材料为Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃/Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂层状铁电复合材料；

所述Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃/Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂层状复合材料的化学式为：(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/x Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂，其中x为Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂的摩尔百分数，且0.1≤x≤0.5；

所述Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃/Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂层状铁电复合材料的制备方法如下：

S01.按化学式Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃将分析纯的BaCO₃，CaCO₃，TiO₂，ZrO₂配制后通过球磨混合均匀，然后烘干、过筛、压块，再经1100℃-1200℃预烧1-3小时，得到块状固体，将块状固体粉碎后加入烧结助剂，再次进行球磨，得到产品，然后将产品过120目筛得到Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃粉体；其中烧结助剂为Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃粉体质量的0.5wt％；

S02.按化学式Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂将分析纯的Bi₂O₃、Y₂O₃、Fe₂O₃配制后通过球磨混合均匀，然后过筛，压块，再经1050～1100℃预烧4～6小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂粉体；

S03.向Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经80目和120目筛网过筛，取80目与120目筛网之间的粉体，得到粒径均匀的Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃粉末；

向Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经80目和120目筛网过筛，取80目与120目筛网之间的粉体，得到粒径均匀的Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂粉末；

S04.按照化学式(1-x)Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃/xBi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂，其中x为Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂的摩尔百分数，且0.1≤x≤0.5，将步骤(3)得到的粒径均匀的Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃粉末和Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂粉末按照2-2复合的垒层叠加排列方式在模具中压制成型；

S05.排除PVA粘合剂后再于1200～1250℃下烧结2～4小时成瓷，得到Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃/Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂层状铁电复合材料；

所述的PVA粘合剂为质量分数为8％的聚乙烯醇水溶液；加入PVA粘合剂的质量分别为Ba_0.9Ca_0.1Ti_0.9Zr_0.1O₃或Bi_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂粉体质量的12％。