应力诱发压电薄膜晶内微裂纹演化的数值模拟

摘要

压电薄膜的制备和使用过程中不可避免地引入微裂纹等微观缺陷。在不同的内在物理机制和外界驱动力作用下,微裂纹会出现多种多样的形貌演化行为,甚至失稳并发生分裂,影响相关微元器件的各种性能。本文基于表面扩散和蒸发-凝结的经典理论,对应力诱发表面扩散下PZT薄膜晶内微裂纹的演化进行数值模拟。结果表明,在应力作用下,存在临界应力载荷,当应力载荷小于或等于该临界值时,微裂纹演化为稳定的形态;当应力载荷大于该临界值时,微裂纹发生失稳并分裂为多个裂腔,且应力载荷或微裂纹初始形态比的增大均会促进微裂纹的失稳分裂。