一种无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的方法与流程

本发明属于铁电复合材料断裂力学领域，更加涉及一种无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的方法。

背景技术：

铁电材料的研究起始于1880年居里兄弟发现压电效应。铁电效应是指材料在由高温向低温变化时,会在某一温度或某一温度范围发生结构相变而产生自发极化的现象，于1921年首次在罗息盐中发现。铁电材料作为智能材料中广泛应用的一种，是指具有铁电效应的材料。当温度高于居里温度时，铁电体处于顺电相。铁电体极化中心与几何中心重合，未表现出自发极化现象。当温度降至低于居里温度时，铁电体发生相变，由顺电相转变为铁电相。铁电体极化中心与几何中心不重合，表现出自发极化现象。铁电体在小量级力电场下表现出线性压电效应。当载荷达到一定程度，铁电体自发极化的方向能够在外界力电场的作用下发生反转，产生非线性的力电耦合现象，称为铁电畴变。

铁电体能实现电能、机械能彼此之间的相互转换，即当由外力引起变形时这种材料可以产生电场，而在材料上施加电场则会引起材料的变形，为新型功能器件的制备提供了条件。铁电材料可用于随机动态内存，高介电电容器，以及微机械中的主动元件等，是具有广阔应用前景的基础功能材料。随着铁电材料应用范围的不断扩大，其工作环境也越来越复杂。由铁电材料所构成的元器件往往受到较大量级的力电场加载，触发其非线性铁电畴变行为，使其力电学性能发生改变。铁电材料非线性宏观力学行为与其在外载荷作用下微观电畴及内部结构的分布和运动密切相关。其微观电畴的反转导致材料的相变与产生内应力等一系列复杂的现象。单相材料难以满足实际需求，铁电复合材料应运而生。在这种情况下，可以通过改变电场的大小和方向，改变铁电复合材料界面裂纹尖端畴变区域的大小，从而调控铁电复合材料界面裂纹的断裂韧性。

然而，目前并没有给出无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的方法。

技术实现要素：

为克服铁电复合材料传统断裂力学方法不能满足无级调控界面裂纹断裂韧性的要求，本发明第一方面提供一种无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的预测方法。

本发明所述方法步骤如下；

(1)根据公式(19)，计算出相应测试参数对应的层状铁电复合材料考虑畴变增韧的界面裂纹断裂韧性

其中，kc是层状铁电复合材料界面裂纹不考虑畴变现象时的断裂韧性；e是电场强度的大小；ω是电场方向和复合材料界面裂纹的夹角；代表电场相关的铁电畴变行为对于铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的调控作用，其表达式为：

其中，角度γ为铁电体初始极化方向与裂纹面的夹角；是刻画畴变区域范围对界面裂纹断裂韧性影响的三角函数；角度和分别为组分材料i和ii畴变区域最大高度对应的方位角；πi(e,ω),πii(e,ω)和是用来刻画铁电复合材料性质的三个电场相关的耦合系数；μi和μii分别是铁电组份材料i和ii的剪切模量；k⁽ⁱ⁾和k⁽ⁱⁱ⁾分别是铁电组份材料i和ii非均匀畴变准则的斜率；和分别是铁电组份材料i和ii触发铁电畴变时等效应力临界值；和分别是铁电组份材料i和ii触发铁电畴变时发生90度畴变的体积百分比；和分别是铁电组份材料i和ii达到畴变饱和时等效应力临界值；ps⁽ⁱ⁾和ps⁽ⁱⁱ⁾分别是铁电组份材料i和ii的自发极化强度；和分别是铁电组份材料i和ii的自发极化应变；π为圆周率；上述参数通过实验测量或者查找资料获得；

(2)断开电源，将铁电复合材料置于硅油中的恒定电场区，用夹具固定；

(3)根据步骤(1)计算出的测试参数，调节电流调节开关，使恒定电场区中电场强度的大小为e；

(4)根据步骤(1)计算出的测试参数，调节转动机构，使电机驱动夹具绕轴心旋转，最终使电场与铁电复合材料界面裂纹间的夹角为ω；

(5)合上电源开始加载，使铁电复合材料完成畴变行为；

上述步骤中，铁电复合材料转动前，先将电源断开，待转动完成后再接通电流，持续5分钟，无级调控得到断裂韧性增韧至的铁电复合材料。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤(3)中电场强度的大小e的范围为0～1kv/mm。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤(4)电场与复合材料界面裂纹间的夹角ω的范围为0～2π。

本发明的第二方面提供一种用于无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的设备，如图1，其特征在于，所述设备包括电源(1)、电流调节开关(2)、电机(3)、夹具(4)、转动机构(6)、正电极(7)和负电极(8)。

作为本发明的一种实施方式，所述电流调节开关(2)用于改变电流的大小，从而调节恒定电场区的电场强度。

作为本发明的一种实施方式，所述电源(1)用于为正电极和负电极供电并驱动电机。

作为本发明的一种实施方式，所述正电极(7)和负电极(8)用于在电场区提供恒定的均匀电场。

作为本发明的一种实施方式，所述电机(3)用于驱动转动机构。

作为本发明的一种实施方式，所述转动机构(6)用于调控夹具的方向。

作为本发明的一种实施方式，所述夹具(4)用于固定铁电复合材料。

本发明的第三方面提供一种用于无级调控的铁电复合材料。

作为本发明的一种实施方式，所述铁电复合材料为层状二元铁电复合材料。

作为本发明的一种实施方式，所述层状二元铁电复合材料为ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/bi0.2y2.8fe5o12层状铁电复合材料。

有益效果：

传统调控铁电复合材料断裂韧性的设备不能在不损伤材料的条件下实现无极调控。本发明提供的无级调控的方案由电极、夹具和转动机构三部分构成：通过电极实现对铁电复合材料恒定电场的加载，通过夹具使复合材料固定，通过转动机构调整材料与电极间的夹角关系。由产生的均匀电场调控铁电复合材料电致畴变的范围和大小，无级调控其断裂韧性。

附图说明

图1为本发明无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性设备的示意图。

图2为铁电复合材料界面裂纹尖端畴变区域畴变百分比。

图3为铁电复合材料界面裂纹尖端畴变区域几何形状随电场的变化图。

图4为均匀铁电材料裂纹尖端畴变区域畴变百分比。

图5为均匀铁电材料裂纹尖端畴变区域几何形状随电场的变化图。

图6为铁电复合材料界面裂纹断裂韧性在不同电场方向下随电场大小的变化图。

图7为铁电复合材料界面裂纹断裂韧性在不同电场大小下随电场方向的变化图。

图1中各标记如下，1为电源，2为电流调节开关，3为电机，4为夹具，5为铁电复合材料试样，6为转动机构，7为正电极，8为负电极。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式，但本发明并不限于以下实施例。

1.本发明原理：

将从1.1和1.2小节这两个部分解释本发明无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性方法的原理。

1.1确定畴变区域

考虑铁电复合材料由两种铁电材料层叠而成，两端作用有反平面力载荷及平面内电载荷，界面处存在一个界面裂纹，如图1所示。“i”和“ii”分别代表铁电复合材料的两个组分材料。(x1,x2,x3)表示固定在铁电复合材料试件上的笛卡尔坐标系，其中原点固定在界面裂纹尖端，x1和x2分别平行和垂直于裂纹面；(r,)是对应于面内直角坐标x1-x2的极坐标。在界面裂纹表面采用导通的电边界条件，忽略了由于裂纹缺陷导致的电场扰动，电位移在界面处保持连续。在平面内电载荷加载下，铁电复合材料中的电场可以看做是均匀分布，电场分量的表达式为

e1＝ecosω,e2＝esinω(1)

其中ω代表电场方向和复合材料界面裂纹的夹角，e是电场强度的大小，将在发明内容的所述方法步骤(3)和(4)中通过实际加载电载荷施加在复合材料试样上。在反平面力载荷加载下，裂纹尖端极坐标为(r,)处的应力场面内分量在小变形条件下为0，其应力场面外分量σ32(r,)和σ31(r,)的表达式可以由复变函数方法获得

其中，kremote代表复合材料反平面加载下的应力强度因子，π为圆周率，(r,)是面内坐标系x1-x2对应的极坐标。由方程(1)和(2)，可得极坐标为(r,)处力电耦合载荷作用下畴变功ws(r,)的表达式为

其中，当时，m＝i，代表组分材料i；当时，m＝ii，代表组分材料ii；γ是铁电体初始极化方向与裂纹面的夹角，可通过实际测量或查找资料获得；ps^(m)和分别是铁电组份材料的自发极化强度和自发极化应变，可通过实际测量或查找资料获得。方程(3)所建立的力电耦合作用下的畴变功表达式将用于建立方程(4)中铁电体非均匀畴变准则。

铁电体在极坐标为(r,)处发生90度畴变的体积百分比c90，将通过铁电体非均匀畴变准则确定，其表达式为

其中，ws(r,)为力电载荷作用下的畴变功，是铁电体畴变过程中唯一的控制变量，已在方程(3)中给出；k^(m)为铁电组份材料非均匀畴变准则的斜率；是铁电组份材料触发铁电畴变时的等效畴变应力临界值；和分别是铁电组份材料触发铁电畴变和畴变达到饱和时的发生90度畴变的体积百分比；ps^(m)和分别是铁电组份材料的自发极化强度和自发极化应变。

对于处于某一特定的初始极化方向γ的铁电组分材料，通过将方程(1)-(3)代入方程(4)铁电畴变准则中，并且设定畴变功为以及可以得到层状铁电组分材料i和ii电场相关畴变区域的大小，分别用和表示，其在极坐标下的具体表达式为

此外，通过对畴变区域高度关于方位角求偏导数，可以获得畴变区域的最大高度和其表达式为

其中，和分别为铁电组分材料i和ii畴变区域最大高度对应的方位角

角度γ为铁电体初始极化方向与裂纹面的夹角。

至此，由方程(5)-(7)得到的层状铁电复合材料极坐标表示的畴变区域范围以及由方程(4)得到的对应区域下畴变百分比c90，将用于后续1.2小节中计算复合材料受电场调控的增韧值。

1.2确定界面裂纹增韧值

在本小节中，将利用前面获得的裂纹尖端场以及畴变区域，计算层状铁电复合材料考虑畴变增韧的界面裂纹断裂韧性

界面裂纹应力强度因子ktip的表达式为

其中，kremote为复合材料反平面加载下的应力强度因子，δk(e,ω)是由非均匀畴变产生的应力强度因子的变化，刻画了电场对于铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的调控作用。下面将将采用权函数方法计算的数值，详细研究界面裂纹断裂韧性的增韧情况。的表达式为

其中，μi和μii分别是铁电组份材料i和ii的剪切模量，可通过实验测量或者查找资料获得；ai和aii分别代表上下两个半平面的畴变区范围，已在1.1小节方程(5)-(7)中以极坐标形式给出；和是复合材料界面裂纹的权函数，其表达式为

以及的其他分量均为0，r为极坐标中的径向坐标。方程(9)中的畴变增韧效果将用于计算铁电复合材料在电场作用下的增韧值。

下面计算准静态扩展界面裂纹的增韧效果畴变区域增韧效果可以划分为两个部分：裂纹前端区域的增韧效果和裂纹尾迹区域的增韧效果

其中，前端区域可以看做是静止裂纹畴变区域的一部分，尾迹区域可以看做是当界面裂纹沿界面扩展时所形成的条带畴变区域。

前端区域的畴变增韧效果可以通过将方程(7)中畴变区域起始角和终止角代入方程(9)中获得，其表达式为

其中，πi(e,ω),πii(e,ω)和是用来刻画铁电复合材料性质的三个电场相关的耦合系数，其表达式为

其中，e是电场强度的大小，ω是电场方向和复合材料界面裂纹的夹角；角度γ为铁电体初始极化方向与裂纹面的夹角；k⁽ⁱ⁾和k⁽ⁱⁱ⁾分别是铁电组份材料i和ii非均匀畴变准则的斜率；和分别是铁电组份材料i和ii触发铁电畴变时等效应力临界值，和分别是对应触发铁电畴变情况下发生90度畴变的体积百分比；和分别是铁电组份材料i和ii畴变达到饱和时等效应力临界值；ps⁽ⁱ⁾和ps⁽ⁱⁱ⁾分别是铁电组份材料i和ii的自发极化强度；和分别是铁电组份材料i和ii的自发极化应变；上述参数通过实验测量或者查找资料获得。

尾迹区域的增韧效果可以分为三个部分：均匀区，渐变区和饱和区

其中，和分别表示尾迹区域均匀畴变部分、渐变畴变部分和饱和畴变部分电场对断裂韧性的调控作用；界面裂纹已经达到了一种准静态扩展的状态，尾迹区域是一个具有有限厚度无限长度的水平条带；将方程(7)中对应的畴变区域形状带入方程(9)中，可分别得到尾迹区域内均匀区，渐变区和饱和区电场对断裂韧性的调控作用的表达式

其中，是用来刻画铁电复合材料性质的耦合系数，已在方程(13)中给出。e是电场强度的大小，ω是电场方向和复合材料界面裂纹的夹角；角度γ为铁电体初始极化方向与裂纹面的夹角；角度和分别为组分材料i和ii畴变区域最大高度对应的方位角；k⁽ⁱ⁾和k⁽ⁱⁱ⁾分别是铁电组份材料i和ii非均匀畴变准则的斜率；和分别是铁电组份材料i和ii触发铁电畴变时等效应力临界值；和分别是铁电组份材料i和ii触发铁电畴变情况下发生90度畴变的体积百分比；和分别是铁电组份材料i和ii畴变达到饱和时等效应力临界值；ps⁽ⁱ⁾和ps⁽ⁱⁱ⁾分别是铁电组份材料i和ii的自发极化强度；和分别是铁电组份材料i和ii的自发极化应变；上述参数通过实验测量或者查找资料获得。

最后，将方程(12)-(17)带入方程(11)得到层状铁电复合材料铁电畴变对界面裂纹断裂韧性的影响

其中，πi(e,ω),πii(e,ω)和是用来刻画铁电复合材料性质的三个电场相关的耦合系数，已在方程(13)中给出。将方程(18)带入方程(8)，并且运用基于应力强度因子的断裂准则，设定ktip＝kc，获得了层状铁电复合材料界面裂纹在力电载荷作用下考虑畴变增韧的断裂韧性

其中，kc是层状铁电复合材料界面裂纹不考虑畴变现象时的断裂韧性，刻画了电场对于畴变增韧的调控作用，已在方程(18)中给出。

注意到，方程(19)为最终获得的层状铁电复合材料界面裂纹在力电载荷下的极限应力强度因子。至此，我们已完整获得了电场对层状铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的无级调控规律。

2.无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的方法

本发明第一方面提供一种无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的方法，所述方法步骤如下；

(1)根据公式(19)，计算出相应测试参数对应的层状铁电复合材料考虑畴变增韧的界面裂纹断裂韧性

其中，kc是层状铁电复合材料界面裂纹不考虑畴变现象时的断裂韧性；e是电场强度的大小；ω是电场方向和复合材料界面裂纹的夹角；代表电场相关的铁电畴变行为对于铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的调控作用，其表达式为：

其中，角度γ为铁电体初始极化方向与裂纹面的夹角；是刻画畴变区域范围对界面裂纹断裂韧性影响的三角函数；角度和分别为组分材料i和ii畴变区域最大高度对应的方位角；πi(e,ω),πii(e,ω)和是用来刻画铁电复合材料性质的三个电场相关的耦合系数；μi和μii分别是铁电组份材料i和ii的剪切模量；k⁽ⁱ⁾和k⁽ⁱⁱ⁾分别是铁电组份材料i和ii非均匀畴变准则的斜率；和分别是铁电组份材料i和ii触发铁电畴变时等效应力临界值；和分别是铁电组份材料i和ii触发铁电畴变时发生90度畴变的体积百分比；和分别是铁电组份材料i和ii达到畴变饱和时等效应力临界值；ps⁽ⁱ⁾和ps⁽ⁱⁱ⁾分别是铁电组份材料i和ii的自发极化强度；和分别是铁电组份材料i和ii的自发极化应变；π为圆周率；上述参数通过实验测量或者查找资料获得；

(2)断开电源，将铁电复合材料置于恒定电场区中，用夹具固定；

(3)根据步骤(1)计算出的测试参数，调节电流调节开关，使恒定电场区中电场大小为e；

(4)根据步骤(1)计算出的测试参数，调节转动机构，使电机驱动夹具绕轴心旋转，最终使电场与铁电复合材料界面裂纹间的夹角为ω；

(5)合上电源开始加载，使铁电复合材料完成畴变行为；

上述步骤中，铁电复合材料转动前，先将电源断开，待转动完成后再接通电流，持续5分钟，无级调控得到断裂韧性增韧至的铁电复合材料。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤(3)中电场强度的大小e的范围为0～1kv/mm。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤(4)电场与复合材料界面裂纹间的夹角ω的范围为0～2π。

3.无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的设备

本发明的第二方面提供一种用于无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的设备，如图1，其特征在于，所述设备包括电源1、电流调节开关2、电机3、夹具4、转动机构6、正电极7和负电极8。

作为本发明的一种实施方式，所述电流调节开关用于改变电流的大小，从而调节恒定电场区的电场强度。

作为本发明的一种实施方式，所述电源用于为正电极和负电极供电并驱动电机。

作为本发明的一种实施方式，所述正电极和负电极用于在电场区提供恒定的均匀电场。

作为本发明的一种实施方式，所述电机用于驱动转动机构。

作为本发明的一种实施方式，所述转动机构用于调控夹具的方向。

作为本发明的一种实施方式，所述夹具用于固定铁电复合材料。

将含有界面裂纹的层状铁电复合材料待测样品放在硅油中，施加与裂纹面夹角为ω的恒定电场e，然后机械加载至复合材料发生断裂，测量得到其断裂名义应力为σn，初始裂纹长度为a，样品厚度为w。实验测得的铁电复合材料电场调控下的表观断裂韧性为其中，

f(a/w)＝[1.12-0.23(a/w)+10.6(a/w)]²-21.7(a/w)³+30.4(a/w)⁴为界面裂纹的形状因子。将上述实验测量的铁电复合材料断裂韧性与公式(19)中的理论预测值相比较。

4.铁电复合材料的制备

本发明的第三方面提供一种用于无级调控的铁电复合材料。

作为本发明的一种实施方式，所述铁电复合材料为层状二元铁电复合材料。

作为本发明的一种实施方式，所述层状二元铁电复合材料为ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/bi0.2y2.8fe5o12层状铁电复合材料。

所述ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/bi0.2y2.8fe5o12层状复合材料的化学式为：(1-x)ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/xbi0.2y2.8fe5o12，其中x为bi0.2y2.8fe5o12的摩尔百分数，且0.1≤x≤0.5。

所述ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/bi0.2y2.8fe5o12层状铁电复合材料的制备方法如下：

s01.按化学式ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3将分析纯的baco3，caco3，tio2，zro2配制后通过球磨混合均匀，然后烘干、过筛、压块，再经1100℃-1200℃预烧1-3小时，得到块状固体，将块状固体粉碎后加入烧结助剂，再次进行球磨，得到产品，然后将产品过120目筛得到ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3粉体；其中烧结助剂为ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3粉体质量的0.5wt％；

s02.按化学式bi0.2y2.8fe5o12将分析纯的bi2o3、y2o3、fe2o3配制后通过球磨混合均匀，然后过筛，压块，再经1050～1100℃预烧4～6小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到bi0.2y2.8fe5o12粉体；

s03.向ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3粉体中加入pva粘合剂后造粒，再经80目和120目筛网过筛，取80目与120目筛网之间的粉体，得到粒径均匀的ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3粉末；

向bi0.2y2.8fe5o12粉体中加入pva粘合剂后造粒，再经80目和120目筛网过筛，取80目与120目筛网之间的粉体，得到粒径均匀的bi0.2y2.8fe5o12粉末；

s04.按照化学式(1-x)ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/xbi0.2y2.8fe5o12，其中x为bi0.2y2.8fe5o12的摩尔百分数，且0.1≤x≤0.5，将步骤(3)得到的粒径均匀的ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3粉末和bi0.2y2.8fe5o12粉末按照2-2复合的垒层叠加排列方式在模具中压制成型；

s05.排除pva粘合剂后再于1200～1250℃下烧结2～4小时成瓷，得到ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/bi0.2y2.8fe5o12层状铁电复合材料。

所述的pva粘合剂为质量分数为8％的聚乙烯醇水溶液；加入pva粘合剂的质量分别为ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3或bi0.2y2.8fe5o12粉体质量的12％。

所述x优选为0.2。

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1：

对ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/bi0.2y2.8fe5o12层状铁电复合材料进行无级调控界面裂纹尖端附近畴变区域。化学式为：(1-x)ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/xbi0.2y2.8fe5o12，其中x＝0.2。

采用数学软件mathematica建立层状铁电复合材料的畴变区域数值计算模型。其中，材料i取为ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3，材料性能如表1所示；材料ii取为bi0.2y2.8fe5o12，材料性能如表2所示。首先，远场力载荷作用下，层状铁电复合材料界面裂纹尖端畴变区域的畴变百分比数值计算结果，如图2所示。畴变区域关于界面非对称，并且裂纹尖端畴变区域内的畴变百分比非均匀。其次，得到不同大小和方向的电载荷对层状铁电复合材料界面裂纹尖端畴变区域调控作用的数值计算结果，如图3所示。结果表明电场可以调控铁电复合材料畴变区域的几何形状。

此外，同时将上述调控方式在本发明无级调控层状铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的设备进行验证，得到的畴变区域变化趋势和数值模拟一致，验证了上述预测结果的准确性。

表1ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3材料参数

表2bi0.2y2.8fe5o12材料参数

实施例2：

对ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3均匀铁电材料进行无级调控裂纹尖端附近畴变区域。化学式为：(1-x)ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/xbi0.2y2.8fe5o12，其中x＝0。

采用数学软件mathematica建立均匀铁电材料的畴变区域数值计算模型。铁电材料取为ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3，材料性能如实施例1中表1所示。首先，远场力载荷作用下，均匀铁电材料裂纹尖端畴变区域的畴变百分比数值计算结果，如图4所示。可知当二元组份材料性质相同时，均匀铁电材料的畴变区域几何形状关于裂纹面对称，但裂纹尖端畴变区域内的畴变百分比仍然是非均匀的，验证了实施例1预测结果的准确性。其次，得到不同大小和方向的电载荷对均匀铁电材料裂纹尖端畴变区域调控作用的数值计算结果，如图5所示。本实施例中电场无级调控均匀铁电材料畴变区域的变化趋势与实施例1中电场无级调控铁电复合材料界面裂纹畴变区域的变化趋势相同，再次验证了实施例1预测结果的准确性。

实施例3：

对ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/bi0.2y2.8fe5o12层状铁电复合材料进行无级调控其界面裂纹断裂韧性。化学式为：(1-x)ba0.9ca0.1ti0.9zr0.1o3/xbi0.2y2.8fe5o12，其中x＝0.2。

本实施例研究电场对铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的无级调控规律，该预测模型的正确性已在实施例1和实施例2中得到验证。下面给出数值计算结果。图6描述了不同电场方向下，层状铁电复合材料极限强度因子关于电场大小的变化趋势。当外加电场为正电场(ω＝0)，极限强度因子随电场增大而减小。当外加电场为负电场(ω＝π)，极限强度因子随电场大小增大而增大。图7描述了不同电场大小下，层状铁电复合材料极限强度因子关于电场方向的变化趋势。极限强度因子随着电场方向的改变而发生连续周期性变化。图6-7证实了通过改变电场大小和方向可以无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性，并且为确定层状铁电复合材料的最优电场方向给出指导。

采用无级调控铁电复合材料界面裂纹断裂韧性的设备进行调控，得到的铁电复合材料断裂韧性随电场的变化趋势和数值模拟一致，验证了上述预测结果的准确性。

在本申请中任何和所有的实施例，或示例性语言(例如，“例如”)的使用，都仅旨在更好地阐明本发明，而不是在本发明的范围上加以限制，除非另有主张。不应将在说明书中的语言理解为表明任何未主张的要素是实施本发明所必需的。