Ferroelectric microstructural residual stress model was proposed and the validity of this model was tested by the 90˚ domain width calculation. Microstructrual residual stress effects on the physical properties were studied on the basis of the suggested model in PZT ceramics. The residual stress in a material was changed by the grain size (range of 5 - 30 μm), and poling.
The 90˚ domain width calculated from the model was nearly coincident with the measured value within the order of magnitude. The total residual stress increase with decreasing grain size. This fact was confirmed by measuring 1)the dielectric constant difference between heating and cooling, and 2) the enthalpy change during phase transformation. On the other hand the components(tensile and compressive) of the residual stress decrease with decreasing grain size. The inhomogeneous microstructural residual stress distribution due to inhomogeneous grain size distribution was the cause of diffuse characteristic phase transition in small grain size.
During poling the microcracks were created by superimposing of the domain reorientation inducing stress on the existing residual stress. The morphology of them were determined by the interaction of induced and residual stresses. After poling the dielectric constant is determined from compromising effects between electrostriction inducing stress and dipole rotation to the poling direction
강유전체에서 잔류 응력에 대한 모델을 제시하였으며 이 모델의 타당성을 90˚ 분역 (domain) 두께를 계산 및 측정하여 알아 보았다. 이러한 잔류 응력이 물리적 특성에 미치는 효과를 PZT 요업체를 통하여 알아 보았으며 이때 잔류 응력은 입자크기 (5-30μ) 와 분극 처리를 통하여 변화 시켰다.
모델로 부터 계산된 90˚ 분역의 두께는 측정치와 유사하였으며 따라서 모델의 타당성을 보여 주었다. 잔류 응력에 의한 탄성 에너지는 입자 크기가 작아 짐에 따라 증가 하였으며 이는 승온과 냉각시 유전율 차이와 상전이시 엔탈피 (enthalpy) 변화로 확인 되었다. 반면 장력과 압축 응력으로 구성된 잔류응력의 각 성분은 입자 크기가 증가함에 따라 증가함을 알수 있었다. 입자 크기가 작은 경우 나타나는 완만한 상전이는 입자 크기 분포의 불균일성 으로 야기되는 잔류 응력의 불균일성으로 시편내의 미시적 상전이 특성이 불균일하여 일어남을 알 수 있었다.
분극 처리중 분역의 재배열로 야기 되는 응력과 잔류응력의 교호 작용으로 미세 균열이 입계에서 발생하여 입자 내부로 전개함을 알 수 있었으며 분극 처리후 유전율은 일렉트로스트릭션(electrostriction) 에의한 응력으로 야기되는 유전율 증가 효과와 쌍극자 (dipole) 의 재배열에 의한 유전율 감소 효과에 의해 결정됨을 알수 있었다.
