| Titre : | Élaboration et caractérisation de céramiques PZT dopé et détermination de la frontière morphotropiques(FMP) |
| Auteurs : | Fares Kahoul, Auteur ; s Bouaoud, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2013 |
| Format : | 137p / 30cm |
| Accompagnement : | CD |
| Langues: | Français |
| Langues originales: | Français |
| Mots-clés: | Propriétés diélectriques / Propriétés piézoélectriques / PZT / Structure perovskite / Diffraction des rayons X sur poudre / Frontière morphotropique de phase / Ferroélectricité / Analyse microscopique électronique à balayage (MEB) / Phase rhomboédrique / Phase tétragonale / Permittivité diélectrique / Facteur de dissipation. |
| Résumé : |
Ce travail a pour objectif, la synthèse et l'élaboration, l'étude des propriétés diélectriques, piézoélectriques et mécaniques d'un nouveau matériau en céramique de type PZT de structure pérovskite dans le système ternaire : (1-x)Pb (Zry Ti1-y)O3-xSm(Fe3+ 0.5)O3 avec x = 2%, 41%≤ y ≤57%. Une substitution en site A et B a été réalisée afin d'améliorer ses propriétés physiques. Les échantillons choisis pour cette étude ont été préparés par la méthode de synthèse à voie solide. Les échantillons ont subi un frittage à : 1100, 1150, 1180 oC successivement, afin d'optimiser la température de frittage où la densité d'échantillon est maximale (près de la densité théorique) et donc le produit de meilleure qualité physique. Différentes techniques de caractérisation ont été utilisées pour cette étude telles que, la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage MEB, la microscopie à force atomique (AFM) et les mesures électriques. Les diagrammes de diffraction des rayons X ont indiqué que les compositions près de la FMP, se situent dans la gamme 51≤ y ≤55% et l'étude morphologique des différents échantillons a montré que la céramique PZT-SFN (55/45) fritté à 1180 oC près de la FMP a favorisé la croissance des grains. L'étude des propriétés diélectriques de tous les échantillons a montré une forte permittivité diélectrique pour les deux échantillons 53/47 (εr=13583,036), 55/45 (εr=13072,59) et un faible facteur de dissipation 1,29 % pour l'échantillon 53/47 et 1,258 % pour l'échantillon 55/45 supposés près de la frontière morphotropique de phase où coexiste les deux phases tétragonale (T) et rhomboédrique (R). L'étude des propriétés piézoélectriques des deux échantillons 53/47, 55/45 a montré également une valeur maximale du facteur de couplage électromécanique planaire (0,63 pour l'échantillon 53/47 et 0,619 pour l'échantillon 55/45). Ces résultats sont semblables aux résultats trouvés par d'autres auteurs. Mots clés : Propriétés diélectriques / Propriétés piézoélectriques / PZT / Structure perovskite / Diffraction des rayons X sur poudre / Frontière morphotropique de phase / Ferroélectricité / Analyse microscopique électronique à balayage (MEB) / Phase rhomboédrique / Phase tétragonale / Permittivité diélectrique / Facteur de dissipation. |
| Sommaire : |
INTRODUCTION GENERALE 1 Références bibliographiques 4 Chapitre I : Eléments bibliographiques 1- Introduction 7 2- Phénomène de la piézoélectricité 8 2-1- Symétrie et piézoélectricité 9 2-2- La pyroélectricité 11 2-3- La ferroélectricité 11 2-4- L'effet ferroélectrique 11 2-5- Cycle d'hystérésis 13 2-5-1- Différents types de polarisation 14 a)- Polarisation par charges d’espace (Pc) 14 b)- Polarisation par dipôles (Pd) 14 c)- Polarisation atomique ou ionique (Pa) 15 d)- Polarisation électronique (Pe) 16 2-6-Coefficients piézoélectriques 16 2-6-1- La constante piézoélectrique de charge d mn 16 2-6-2- La constante piézoélectrique de tension g mn 17 2-6-3 Coefficient de couplage électromécanique K 18 2-6-4- Coefficient de surtension mécanique Q m 19 3- Applications des matériaux piézoélectriques 19 4- Vieillissement 20 5- La diélectricité 20 5-1- Propriétés diélectriques 21 6- L'élasticité 23 7- Température de Curie 23 8- Transition de phase 24 9- Les matériaux piézoélectriques (les zircono-titanates de plomb) 25 9-1- Structure de la maille pérovskite 25 9-2- Condition de stabilité de la structure pérovskite 27 9-2-1- Condition d'électroneutralité 27 9-2-2- Condition Stoechiométrique 27 9-2-3- Condition Géométrique 27 9-3- Solution solide de PZT 28 9-4- Diagramme de phase de l'oxyde ternaire Pb(ZrxTi1-x)O3 28 9-5-Directions de polarisation possibles de la maille pérovskite 30 9-6- Propriétés des pérovskites 30 9-7- Effet du dopage sur les propriétés piézoélectriques 31 Références bibliographiés 33 Chapitre II : Techniques de synthèse et de caractérisation 1- Introduction 38 2- La méthode céramique 38 3- Procédure expérimentale 39 3-1- Produits de départ 39 3-2- Elaboration 41 3-2-1- Préparation de la céramique 41 3-2-1-1- Préparation des poudres 41 3-2-1-2- Mise en forme 43 3-2-1-3- Frittage des échantillons compactés 44 4- Caractérisation morphologique des céramiques 46 4-1- La densité 46 4-2- La porosité 47 4-3- Microscopie électronique à balayage (MEB) 47 4-4- Microscopie à force atomique (AFM) 48 5- La diffraction des Rayons X 50 5-1- Diffractomètre à poudre 50 6- Caractérisations diélectriques et piézoélectriques 51 6-1- Les mesures diélectriques 51 6-1-1- Mesure de la constante diélectrique 52 6-1-1-1- Mesure directe : LCR mètre 52 6-1-2- Mesure du facteur de dissipation 53 6-1-3- Mesure de la résistivité et la conductibilité électrique 55 6-1-4- Mesure de la rigidité électrique (tension de claquage) 56 6-2- Les mesures piézoélectriques 56 6-2-1- La polarisation 56 6-2-2- Mesures des facteurs piézoélectriques par la méthode résonance - antirésonance 57 7- Conclusion 61 Références bibliographies 62 Chapitre III : Détermination de la Frontière Morphotropique de Phase (FMP) de la solution solide en céramiques: (1-x)Pb(Zry Ti1-y)O3-xSm(Fe3+ 0.5 , Nb5+ 0.5)O3 1- Introduction 67 2- Synthèse 68 3- Résultats et discussion 69 3-1- Etude morphologique des céramiques PZT-SFN 69 3-1-1- La densité 69 - Evolution de la densité en fonction de la température de frittage 69 - Evolution de la densité en fonction de la composition 70 3-1-2- La porosité 71 3-1-3- Microstructure 72 - La microscopie électronique à balayage (MEB) 72 - La microscopie à force atomique (AFM) 73 3-2- Etude structurale des PZT-SFN 78 3-2-1- Analyses par diffraction des rayons X 78 3-2-2- Evolution des paramètres de maille des PZT-SFN 90 - Evolution des paramètres de maille en fonction de la température de frittage 90 - Evolution des paramètres de maille en fonction de la composition 91 3-3- Etude des propriétés diélectriques 93 3-3-1- La constante diélectrique (εr) 93 - Evolution de la constante diélectrique en fonction de la température de frittage 93 - Evolution de la constante diélectrique en fonction de la température 94 - Etude de la constante diélectrique en fonction de la composition en Zr 97 - Evolution de la permittivité diélectrique en fonction de la fréquence 98 3-3-2- Facteur de dissipation (Pertes diélectrique tgδ) 100 - Evolution de tgδ en fonction de la température 100 - Etude du facteur de dissipation en fonction de la température frittage 101 - Etude du facteur de dissipation en fonction de la composition en Zr 102 - Etude du facteur de dissipation en fonction de la fréquence 103 3-3-3- La résistivité (ρ) et la conductibilité électrique (γ) 105 - Etude de la résistivité et de la conductibilité en fonction de la température 105 - Etude de la résistivité et de la conductibilité en fonction de la température de frittage 109 - Etude de la résistivité et de la conductibilité en fonction du taux de Zirconium 110 3-4- La rigidité électrique 111 3-5- Etude des propriétés piézoélectriques 111 3-5-1- Le facteur de couplage électromécanique planaire Kp 112 - Evolution de Kp en fonction de la température de frittage 112 - Evolution de Kp en fonction du taux de Zirconium 112 - Evolution de Kp en fonction de la température 113 3-5-2- Le coefficient piézoélectrique de charge d31 114 - Variation de d31 en fonction de la composition en Zr 114 - Variation de d31 en fonction de la température de frittage 115 - Variation de d31 en fonction de la température 116 3-5-3- La variation du coefficient piézoélectrique de tension g31 117 - En fonction de la température de frittage et du taux de Zirconium 117 - En fonction de la température 119 3-6- Etude des propriétés mécaniques 119 3-6-1- Le facteur de qualité mécanique Qm 119 - Evolution de Qm en fonction de la température de frittage et du taux de Zirconium 119 - Evolution de Qm en fonction de la température 121 3-6-2- Le module de Young E 121 - Variation de E en fonction de la température de frittage 121 - Variation de E en fonction de la composition en Zr 122 - Variation de E en fonction de la température 123 4- Conclusion 124 Références bibliographies 126 CONCLUSION GENERALE 130 Annexe I 133 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0309 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
Documents numériques (1)
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