一种使铁电材料获得大伪塑性变形的方法技术

本发明专利技术提供了一种使铁电材料获得大伪塑性变形的方法，包括：在应力作用下，将铁电材料进行先升温再降温的热处理，所述先升温再降温的热处理的峰值温度高于所述铁电材料的低对称性相到高对称性相的相变温度。本发明专利技术提出了一种铁电材料在施加外力下实现大的可恢复的类塑性变形的方法，可操作性强、工艺较为简单，小应力的作用可有效降低陶瓷破裂的风险；产生的伪塑性变形量可完全恢复，可重复利用率较高；填补了小应力应用场合的材料选择；丰富了高温、腐蚀等极端条件下应力缓冲器、驱动器应用结构陶瓷的选择范围，尤其是小应力范围应用的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种使铁电材料获得大伪塑性变形的方法
本专利技术属于功能材料
，尤其涉及一种使铁电材料获得大伪塑性变形的方法。
技术介绍
陶瓷材料以其耐高温、耐腐蚀、高弹性模量的特性，在高温、腐蚀环境的应用中有着独特的优势，比如高温、腐蚀极端的条件下缓冲器、驱动器方面的应用。对于一些应用，应力作用下的变形量是一个重要的指标，尤其是伪塑性变形量，比如形状记忆陶瓷的应用。伪塑性变形描述了材料在卸去外力作用时留下的残余变形可在后续热处理过程恢复的行为。但是，在过去几十年的研究进程中，这类应用可选择的材料种类很有限，主要集中在氧化锆基、铌酸镧等氧化物陶瓷体系，原因是大多陶瓷材料在外力作用下主要经历弹性形变，难以产生塑性或伪塑性形变。陶瓷产生伪塑性变形需要具有一些特殊的物理机制的特殊体系，比如具有马氏体相变的ZrO2基陶瓷，高温烧结好的ZrO2基陶瓷在室温附近是马氏体，在外力作用下，马氏体发生不可逆的应力致取向，应力卸去后，发生取向的马氏体不会恢复原来的状态，陶瓷以残余变形的方式表现出结构的变化。在低于奥氏体-马氏体转变温度的附近温度范围内，这种残余变形达到最大，热处理存在残余变形的陶瓷到其马氏体-奥氏体相变温度时，因陶瓷内发生从马氏体到奥氏体的转变，陶瓷中的残余变形开始恢复，这是因为，这类材料发生变形时没有涉及常规塑性变形中的滑移过程，表现出对变形前的结构状态的记忆的现象。但是，除了上述几种材料，实际中能够实现大的伪塑性形变的陶瓷种类却十分稀少。铁电材料是一类典型的功能陶瓷材料，它的研究和应用方向集中在介电、压电、热释电等应用领域。一些铁电材料具有铁弹性，在外力下可以产生塑性或者伪塑性形变，但其形变量一般很小，相应地铁电材料伪塑性变形的研究很少。铁电材料的种类繁多，可选择材料范围性大，如果能够在铁电材料中产生较大的伪塑性变形，那么可以扩展铁电材料的功能性，比如在在形状记忆材料方面的应用，同时丰富结构陶瓷材料的种类。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种使铁电材料获得大伪塑性变形的方法，本专利技术提供的方法能够使铁电材料获得较大的伪塑性变形。本专利技术提供了一种使铁电材料获得伪塑性变形的方法，包括：在应力作用下，将铁电材料进行先升温再降温的热处理，所述先升温再降温热处理的峰值温度高于所述铁电材料的低对称性相到高对称性相的相变温度或铁电相到顺电相的相变温度，铁电材料获得伪塑性变形。优选的，所述应力＜1GPa。优选的，所述应力使铁电材料的应变＜15％。优选的，所述铁电材料为板条状或柱状。优选的，铁电材料获得伪塑性变形后还包括：将获得伪塑性变形的铁电材料加热至相变温度以上，消除铁电材料的伪塑性变形；所述相变温度为铁电材料的低对称性相到高对称性相的相变温度或铁电相到顺电相的相变温度。优选的，所述应力的施加方法包括：将所述铁电材料置于支撑结构上，然后施加应力。优选的，所述铁电材料包括钛酸铋钠基陶瓷、锆钛酸铅陶瓷和钛酸钡陶瓷中的一种或者几种。优选的，所述升温的速度＜500℃/min；。所述降温的速度＜500℃/min。优选的，所述降温为降温至室温。优选的，所述峰值温度为30～850℃。本专利技术提供了一种可实现铁电材料大的可恢复的伪塑性变形的方法，通过将一定的外应力作用于铁电材料，保持此应力的条件下进行升温/降温的热处理，热处理的峰值温度T峰高于相应铁电材料的低对称性相到高对称性相的相变温度(T低-高，一般为铁电相-顺电相之间的转变温度)；经过这种热处理后，铁电材料在室温附近获得显著的伪塑性变形(可超过0.3％)。同时，如果将铁电材料加热到上述相变温度以上，此大的伪塑性形变可以完全恢复，这种产生大的伪塑性形变方法可适用于多种铁电材料。本专利技术在应力作用下热处理铁电材料到其相变温度以上然后降到室温，在铁电材料中获得大的伪塑性变形，提出了一种铁电材料在施加外力下实现大的可恢复的类塑性变形的方法，可操作性强、工艺较为简单，小应力的作用可有效降低陶瓷破裂的风险；产生的伪塑性变形量可完全恢复，可重复利用率较高；弹性模量是ZrO2基陶瓷一半左右，填补了小应力应用场合的材料选择；丰富了高温、腐蚀等极端条件下应力缓冲器、驱动器应用结构陶瓷的选择范围，尤其是小应力范围应用的情况。附图说明图1为钛酸铋纳-钛酸钡(0.96Na0.5Bi0.5TiO3-0.04BaTiO3)铁电材料在应力作用下热处理到不同峰值温度过程中三点弯曲施加外力时跨度中点处垂直位移随温度的变化；图2中(a)为钛酸铋钠铁电材料(Na0.5Bi0.5TiO3：NBT)在小应力作用下经过350℃热处理回到室温时的照片；(b)为将弯曲的钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3：NBT)铁电材料在无应力作用下再次加热到350℃后回到室温时的照片；图3为铁电材料(Na0.5Bi0.5TiO3：NBT)在小应力作用下热处理(～350℃)后的变形尺寸及在无应力作用下的热处理后变形恢复时的尺寸表征；图4为铁电材料((Na0.5Bi0.5)0.96Ba0.04TiO3：NBT4)在小应力作用下热处理(～350℃)后的变形尺寸及在无应力作用下的热处理后变形恢复时的尺寸表征；图5为铁电材料((Na0.5Bi0.5)0.5Ba0.5TiO3：NBT50)在小应力作用下热处理(～350℃)后的变形尺寸及在无应力作用下的热处理后变形恢复时的尺寸表征；图6为软性PZT-5铁电材料在小应力作用下热处理(～500℃)后的变形尺寸及在无应力作用下的热处理后变形恢复时的尺寸表征；图7为硬性PZT-8铁电材料在小应力作用下热处理(～350℃)后的变形尺寸及在无应力作用下的热处理后变形恢复时的尺寸表征；图8为铁电材料(BaTiO3：BT)在小应力作用下热处理(～200℃)后的变形尺寸及在无应力作用下的热处理后变形恢复时的尺寸表征。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本专利技术保护的范围。应理解，本专利技术实施例仅用于说明本专利技术的技术效果，而非用于限制本专利技术的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。本专利技术提供了一种使铁电材料获得大伪塑性变形的方法，包括：在应力作用下，将铁电材料进行先升温再降温的热处理，所述先升温再降温热处理的峰值温度高于所述铁电材料的低对称性相到高对称性相的相变温度或铁电相到顺电相的相变温度，铁电材料获得伪塑性变形。在本专利技术中，所述应力优选＜1GPa，更优选为0.1～0.9GPa，更优选为0.2～0.8GPa，更优选为0.3～0.6GPa，最优选为0.4～0.5GPa。在本专利技术中，所述应力优选使铁电材料的应变＜15％，更优选为1～12％，更优选为5～10％，最优选为6～8％。本专利技术对所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使铁电材料获得伪塑性变形的方法，包括：/n在应力作用下，将铁电材料进行先升温再降温的热处理，所述先升温再降温热处理的峰值温度高于所述铁电材料的低对称性相到高对称性相的相变温度或铁电相到顺电相的相变温度，铁电材料获得伪塑性变形。/n

【技术特征摘要】
1.一种使铁电材料获得伪塑性变形的方法，包括：
在应力作用下，将铁电材料进行先升温再降温的热处理，所述先升温再降温热处理的峰值温度高于所述铁电材料的低对称性相到高对称性相的相变温度或铁电相到顺电相的相变温度，铁电材料获得伪塑性变形。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应力＜1GPa。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应力使铁电材料的应变＜15％。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁电材料为板条状或柱状。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铁电材料获得伪塑性变形后还包括：
将获得伪塑性变形的铁电材料加热至相变温度以上，消除铁电材料的伪塑性变形...

【专利技术属性】
技术研发人员：初宝进，陈攀，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34