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探究多孔结构钛酸钡陶瓷的性能与孔隙率关联

更新时间: 2024-10-28 13:50:20  查看次数: 95    
ABAQUS有限元分析软件对多孔结构的钛酸钡陶瓷的压缩性能进行模拟。在模拟的时候,施加载荷的方向和做力学压缩实验时加载荷的方向一样,都是沿着Z轴方向垂直向下,而且要对模型的下表面设置固定约束。从力学模拟的结果能发现,随着孔隙率增加,多孔结构的抗压强度会逐渐降低,并且降低的速度会越来越快。
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这主要是因为随着孔隙率增加,模型的枝梁结构会逐渐变细。当把载荷加到模型上表面后,应力主要集中在枝梁结构的节点处和梁的中心部位(图中红色部分显示)。陶瓷是脆性材料,应力集中的部分一旦断裂,载荷就失效了,而且枝梁越细,应力集中的现象就越明显。在不改变多孔陶瓷模型的结构和成分的条件下,通过改变孔隙率就能实现对陶瓷抗压强度的调控。
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当多孔陶瓷的孔隙率是50%时,陶瓷的压电系数d33是56pC/N。随着孔隙率增加,陶瓷的压电性能呈下降趋势,并且下降幅度越来越大,当孔隙率达到80%时,d33的值只有39pC/N。对比多孔结构理论计算出来的数值可以发现,实际测量结果在各个孔隙率下的压电系数d33都比理论值要低。这主要是因为通过DLP 3D打印制作的陶瓷坯体,在经过脱脂烧结后,其致密度和传统陶瓷相比还有一定差距。而且,如果把多孔结构看作一个密闭的压电体,多孔结构里空气相的存在会让压电性能明显变弱,影响了钛酸钡陶瓷压电相发挥它的特性。