Determination of the polar equilibrium properties of the ferroelectric ceramic PZT 65/35

Summary

The mechanical, piezoelectric and dielectric properties of ferroelectric ceramics can be quite complicated. These materials exhibit both instantaneous and transient responses depending on various physical mechanisms such as dipole dynamics and domain switching. Hence the constitutive relations for the stress and the electric displacement which have been formulated are quite complicated and their characterization can be rather intricate. These constitutive relations must also describe the equilibrium responses of the ceramics when the transient processes have come to rest. In the paper, we show that knowledge of the sound speeds of a virgin and a poled specimen of a ferroelectric ceramic and certain associated properties of the hysteresis and butterfly loops permits the characterization of its equilibrium material properties in the polar direction consistent with an explicit version of the constitutive relations for the stress and the electric displacement.

Zusammenfassung

Die mechanischen, piezoelektrischen und dielektrischen Eigenschaften ferroelektrischer Keramiken können ziemlich kompliziert sein. Diese Materialien zeigen sowohl instantane als auch vorübergehende Antworten, die von verschiedenen physikalischen Mechanismen wie Dipoldynamik und Bereichsumschaltung abhängen. Daher sind die Werkstoffgleichungen für die Spannung und die elektrische Verschiebung, die formuliert wurden, recht kompliziert und ihre Beschreibung kann ziemlich verwickelt sein. Diese Werkstoffgleichungen müssen auch die Gleichgewichtsantworten der Keramiken beschreiben, wenn vorübergehende Prozesse zum Stillstand kommen. In dieser Arbeit zeigen wir, daß bei kenntnis der Schallgeschwindigkeiten einer ursprüglichen und einer gepolten Abart einer ferroelektrischen Keramik und bestimmter, damit verbundener Eigenschaften der Hysterese und Schmetterlingsschleifen eine Beschreibung ihrer Gleichgewichtsmaterialeigenschaften in der polaren Richtung im Einklang mit einer expliziten Version der Werkstoffgleichungen für die Spannung und die elektrische Verschiebung möglich ist.