Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Dec 1999)
Crack growth during poling and polarisation reversal in commercial piezoceramics
Abstract
The growth of Vicker´s cracks during the poling of piezoelectric ceramics was studied for two PZT based compositions with different tetragonal distortion of the perovskite structure. Studies on the two compositions with different poling electric fields and similar initial crack lengths showed that crack growth was not proportional to the induced stress free longitudinal strain by 90º domain reorientation. This observation is not consistent with the previously proposed mechanism of crack growth based on a strain mismatch between the material at the crack flanks and the rest of the ceramic. This mismatch was proposed to occur because of the reduction of the electric field within the crack flanks. The reasons for the disappearance of the mismatch are discussed here, and an alternative mechanism of crack growth consistent with our results is proposed, which takes into account the electrically induced stress gradient at the crack tip, produced by the piezoelectric effect. Cracks were also found to grow during a small number of subsequent polarisation reversals, the explanation of which must be due to some other additional effect.<br><br>Se ha estudiado el crecimiento de grietas Vicker durante la polarización de cerámicas piezoeléctricas para dos modificaciones del PZT con distinta distorsión tetragonal de la estructura perovskita. Los resultados en función del campo eléctrico de polarización y la longitud inicial de la grieta muestran que el crecimiento no es proporcional a la deformación libre de tensión inducida por orientación de dominios de 90º. Esta observación no es consistente con el mecanismo de crecimiento de grieta propuesto anteriormente, basado en el desajuste de deformación entre el material a los flancos de la grieta y el resto de la cerámica. Este desajuste se producía por la atenuación del campo eléctrico en los flancos de la grieta. Se discute la causa de la desaparición de este desajuste de deformación, y se propone un mecanismo alternativo de crecimiento de grieta consistente con los resultados obtenidos, que tiene en cuenta el gradiente de tensión en la punta producido por el efecto piezoeléctrico. También se ha observado crecimiento de la grieta durante un pequeño número de conmutaciones de la polarización realizadas a continuación del polarizado inicial, fenómeno que debe estar relacionado con algún otro efecto adicional.
