铁电陶瓷断裂机理的研究

最早关于铁电陶瓷断裂机理的实验研究应该追溯到20世纪80年代。Winzer等人最早报道了共烧多层电致伸缩致动器的断裂现象。Chung等观察了钛酸钡和锆钛酸铅的晶间开裂和破坏电场感应。McHenry和Koepke观察到的现象可以通过某些微观结构特征进行定性解释，特别是域转换过程的内部应力和能量耗散。20世纪九十年代初，Furuta和Uchino观察了铁电制动器内部电极的裂纹形核和扩展过程。Park and Sun获得了压电材料的裂纹扩展力和断裂准则，讨论了使用应力强度因子、总能量释放率或机械应变能量释放率作为断裂准则，并分析了电场对压电陶瓷断裂的影响。然而，没有考虑域转换引起的局部应力对裂纹扩展的影响。

最近，许多关于铁电陶瓷在机械或电气或机电负载下的断裂韧性、裂纹的萌生和扩展的实验、理论和数值研究都得到了展示。Fang等对预裂PZT铁电陶瓷中电场诱导的疲劳裂纹扩展进行了实验研究，实验结果表明，电加载的频率、波形以及幅值比对裂纹扩展起着重要作用。电场引起的疲劳开裂。提出了可以区分90 度切换和180 度切换的域切换准则。Kreher在耗散裂纹尖端区的作用下使用裂纹扩展的一般能量平衡，分析了铁电陶瓷在机电载荷下的断裂韧性。Beom 和 Atluri利用电气非线性理论和磁畴转换准则研究了铁电陶瓷裂纹尖端周围磁畴转换区的类型、大小和形状的规律。研究了机械载荷作用下铁电陶瓷裂纹尖端的畴变韧化。Jiang和Fang以及Engert等人在不考虑电非线性的情况下，通过实验观察和理论分析相结合的方式观察和讨论了铁电晶体在增加电场下相应的畴转换和准则。然而，Miehe 和 Rosato [18] 指出了它的重要性，并提出了一种基于变分的建模和计算实现，用于压电陶瓷在机电负载下的非线性、速率相关响应。

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