| Titre : | Synthése et élaboration d'un nouveau matériau de céramiques |
| Auteurs : | Fares Kahoul, Auteur ; Ahmed Boutarfaia, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Année de publication : | 2007 |
| Format : | 102P / ILL / 30/20cm |
| Langues: | 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. Dielectric properties / Piezoelectric properties / PZT / Perovskite structure / Xrays diffraction by the powder / Morphotropic phase boundary / Ferroelectric / Scan electronic microscopy (SEM) / Rhombohedral phases / Tetragonal phases / Dielectric constant / loss constant. |
| 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, Nb5+ 0.5)O3 avec x = 2%, 41%≤ y ≤55%. 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 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 différentséchantillons a montré que la céramique PZT-SFN (02/55) 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 02/53 (εr=13583,036), 02/55 (εr=13072,59) et un faible facteur de dissipation 1,3 pour l'échantillon 02/53 et 1,298 pour l'échantillon 02/55 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 02/53, 02/55 a montréégalement une valeur maximale du facteur de couplage électromécanique planaire (0,63 pour l'échantillon 02/53 et 0,631 pour l'échantillon 02/55). ces résultats sont semblables aux résultats trouvés par d'autres auteurs. This work has for objective, the synthesis and development, the survey of the dielectric, piezoelectric and mechanical properties of a new material made by ceramics PZT type of structure perovskite in the ternary system: (1-x)Pb (Zry Ti1-y)O3-xSm(Fe3+ 0.5, Nb5+ 0.5)O3 with x = 2%, 41%≤ y ≤55%. A substitution in site A and B was carried out in order to ameliorate its physical properties. The samples chosen for this survey have been prepared by a synthesis method in strong way. The samples have undergoes a sintering with: 1100, 1150, 1180 oC successively, in order to optimize the temperature of sintering where the density of the sample is maximal (near to the theoretical density) and therefore the product of better physical quality. Different techniques of characterization have been used for this survey as, the diffraction of the X-rays, the scan electronic microscopy (SEM) and the electric measures. The diagrams of diffraction of the X-rays indicated that the compositions near to the MPB, are located in the range 51≤ y ≤55% and the morphological survey of the different samples showed that the ceramics PZT-SFN (02/55) sintered to 1180 oC near to the MPB favored the growth of the grains. The survey of the dielectric properties of all samples showed a strong dielectric constant for the two samples 02/53 (εr=13583,036) and 02/55 (εr=13072,59), a lower loss constant 1,3 for the sample 02/53 and 1,298 for the sample 02/55 supposed to be near the morphotropic phase boundary where coexists the two phases tetragonal (T) and rhombohedral (R). The survey of the piezoelectric properties of the two samples 02/53, 02/55 also showed a maximal value of the planar electromechanical coupling factor (0,63 for the sample 02/53 and 0,631 for the sample 02/55). These results are similar to the results found by other authors. |
| Sommaire : |
Liste des figures
Liste des tableaux INTRODUCTION GENERALE 1 Références bibliographiques 3 Chapitre I : Définitions et notions fondamentales 1- Introduction 5 2- Phénomène de la piézoélectricité 6 2-1- Symétrie et piézoélectricité 7 2-2- La pyroélectricité 9 2-3- La ferroélectricité 9 2-4- L'effet ferroélectrique 9 2-5- Cycle d'hystérésis 10 2-6-Coefficients piézoélectriques 11 2-6-1- La constante piézoélectrique de charge d mn 12 2-6-2- La constante piézoélectrique de tension g mn 12 2-6-3 Coefficient de couplage électromécanique K 13 2-6-4- Coefficient de surtension mécanique Q m 13 3- Applications des matériaux piézoélectriques 14 4- Vieillissement 15 5- La diélectricité 16 5-1- Propriétés diélectriques 16 6- L'élasticité 18 7- Température de Curie 18 8- Transition de phase 19 9- Les matériaux piézoélectriques (les zircono-titanates de plomb) 20 9-1- Structure de la maille pérovskite 20 9-2- Condition de stabilité de la structure pérovskite 22 9-2-1- Condition d'électroneutralité 22 9-2-2- Condition Stoechiométrique 22 9-2-3- Condition Géométrique 22 9-3- Solution solide de PZT 23 9-4- Diagramme de phase de l'oxyde ternaire Pb(ZrxTi1-x)O3 23 9-5-Directions de polarisation possibles de la maille pérovskite 24 9-6- Effet du dopage sur les propriétés piézoélectriques 25 Références bibliographiés 28 Chapitre II : Techniques expérimentales 1- Introduction 33 2- La méthode céramique 33 3- Procédure expérimentale 34 3-1- Produits de départ 34 3-2- Elaboration 36 3-2-1- Préparation de la céramique 36 3-2-1-1- Préparation des poudres 36 3-2-1-2- Mise en forme 37 3-2-1-3- Frittage des échantillons compactés 37 4- Caractérisation morphologique des céramiques 39 4-1- La densité 39 4-2- La porosité 40 4-3- Taille des grains (M.E.B) 40 5- La diffraction des Rayons X 41 5-1- Diffractomètre à poudre 41 6- Caractérisations diélectriques et piézoélectriques 43 6-1- Les mesures diélectriques 43 6-1-1- Mesure de la constante diélectrique 43 6-1-1-1- Mesure directe : LCR mètre 43 6-1-2- Mesure du facteur de dissipation 45 6-1-3- Mesure de la résistivité et la conductibilité électrique 46 6-1-4- Mesure de la rigidité électrique (tension de claquage) 47 6-2- Les mesures piézoélectriques 48 6-2-1- La polarisation 48 6-2-2- Mesures des facteurs piézoélectriques par la méthode résonance - antirésonance 48 7- Conclusion 52 Références bibliographies 53 Chapitre III : Etude de la Frontière Morphotropique de Phase (FMP) dans la solution solide:(1-x)Pb(Zry Ti1-y)O3- xSm(Fe3+ 0.5 , Nb5+ 0.5)O3 1- Introduction 58 2- Synthèse 59 3- Résultats et discussion 60 3-1- Etude morphologique des céramiques PZT-SFN 60 3-1-1- La densité 60 - Evolution de la densité en fonction de la température de frittage 60 - Evolution de la densité en fonction de la composition 61 3-1-2- La porosité 62 3-1-3- Microstructure 63 3-2- Etude structurale des PZT-SFN 64 3-2-1- Analyses par diffraction des rayons X 64 3-2-2- Evolution des paramètres de maille des PZT-SFN 71 - Evolution des paramètres de maille en fonction de la température de frittage 71 - Evolution des paramètres de maille en fonction de la composition 72 3-3- Etude des propriétés diélectriques 73 3-3-1- La constante diélectrique (εr) 73 - Evolution de la constante diélectrique en fonction de la température de frittage 73 - Evolution de la constante diélectrique en fonction de la température 74 - Etude de la constante diélectrique en fonction de la composition en Zr 76 - Evolution de la permittivité diélectrique en fonction de la fréquence 77 3-3-2- Facteur de dissipation (Pertes diélectrique tgδ) 78 - Evolution de tgδ en fonction de la température 78 - Etude du facteur de dissipation en fonction de la température de frittage 80 - Etude du facteur de dissipation en fonction de la composition en Zr 80 - Etude du facteur de dissipation en fonction de la fréquence 81 3-3-3- La résistivité (ρ) et la conductibilité électrique (γ) 82 - Etude de la résistivité et de la conductibilité en fonction de la température 82 - Etude de la résistivité en fonction de la température de frittage 84 - Etude de la résistivité en fonction du taux de Zirconium 85 3-4- La rigidité électrique 86 3-5- Etude des propriétés piézoélectriques 86 3-5-1- Le facteur de couplage électromécanique planaire Kp 87 - Evolution de Kp en fonction de la température de frittage 87 - Evolution de Kp en fonction du taux de Zirconium 87 - Evolution de Kp en fonction de la température 88 3-5-2- Le coefficient piézoélectrique de charge d31 89 - Variation de d31 en fonction de la composition en Zr 89 - Variation de d31 en fonction de la température de frittage 90 - Variation de d31 en fonction de la température 90 3-5-3- La variation du coefficient piézoélectrique de tension g31 91 - En fonction de la température de frittage et du taux de Zirconium 91 - En fonction de la température 92 3-6- Etude des propriétés mécaniques 93 3-6-1- Le facteur de qualité mécanique Qm 93 - Evolution de Qm en fonction de la température de frittage et du taux de Zirconium 93 - Evolution de Qm en fonction de la température 93 3-6-2- Le module de Young E 94 - Variation de E en fonction de la température de frittage 94 - Variation de E en fonction de la composition en Zr 95 - Variation de E en fonction de la température 95 4- Conclusion 96 Références bibliographies 98 CONCLUSION GENERALE 101 Annexe1 |
| Type de document : | Mémoire magistere |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0033 | Mémoire de magistere | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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