Contribution à l'étude par spectrométrie mécanique du comportement anélastique de céramiques piézoélectriques de type Pb(Zr1-x Tix)03

= Contribution to the study by mechanical spectrometry of anelastic behavior of Pb(Zr1-x Tix)03 type piezoelectric ceramics

• Auteur / Autrice : El Mostafa Bourim
• Direction : Gilbert Fantozzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux-Microstructure et comportement mécanique et macroscopique des matériaux.
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ferroélectricité

Frottement interne

Titanozirconate de plomb

Céramiques piézoélectriques

Résumé

Nous avons élaboré par voie solide (mélange d'oxydes PbO, Zr02, Ti02) des céramiques de type Pb(Zr1-x Tix)O3 avec x proche de la zone de transition morphotropique (0,44 <=x<= 0,50). Par spectrométrie mécanique, nous avons déterminé les températures des transitions de phase et mis en évidence trois pics de pertes mécaniques :!'le pic P1 dû à la transition de phase paraélectrique-ferroélectrique et deux pics de relaxation R1 et R2 situés dans la phase ferroélectrique. Nous avons étudié l'influence de différents paramètres (fréquence de mesure, amplitude de la contrainte appliquée, vitesse de balayage en température, traitements thermiques et polarisation électrique) sur ces 3 pics Pl, R1, R2. Le comportement du pic P1 présente de nombreuses similitudes avec celui d'une transformation martensitique. Le pic R2 n'est sensible qu'à la composition chimique et au recuit sous air ou sous vide influençant la concentration en lacunes d'oxygène. L'énergie d'activation H ~1 eV et le temps de relaxation limite Ʈ~1 0-13 s font supposer que le mécanisme contrôlant le pic R2 est certainement lié à l’interaction des lacunes d'oxygène avec les parois des domaines. Le pic R1 thermiquement encadré par les pics P1 et R2 subit leurs influences ce qui complique son étude. Ses paramètres d'activation. Thermique sont : H ~1,9 eV et Ʈ ~10-18 s. Le niveau du maximum de R1 dépend aussi de la contrainte et de la vitesse de balayage en température. R1 est un pic complexe influencé par la transition de Curie et des mécanismes de relaxation et d'hystérésis difficilement dissociables. Des mesures mécaniques statiques (évolution en fonction de la température, de la déformation des échantillons sous l'action d'une contrainte constante de torsion) ont mis en évidence un phénomène de stockage et de restitution d'énergie mécanique au cours de plusieurs cycles thermiques entre l'ambiante et 450 °c. Cette sorte d'effet mémoire est due à la polarisation mécanique du matériau.

From mixtures of oxide powders (PbO, Zr02, Ti02), we have prepared severl! Piezoelectric ceramics, the composition of which is Pb(Zr1. XTix)03 with (0,44 <=x<= 0,50 corresponding to the morphotropic compositions. By mechanical spectrometry we have determined phase transition temperatures and observed three peaks of mechanical losses: one peak called P1 is due to the paraelectric-ferroelectric phase transition and two others relaxation peaks called RI and R2, are located in the ferroelectric phases. We have studied the influence of various parameters (such as vibration frequency, amplitude of the applied shear stress, temperature rate, thermal treatments, polarisation) on the three peaks P1,R1, R2. The P1 peak behaviour looks like peaks due to martensitic transformation. The R2 peak is influenced only by the Zr/Ti ratio and annealing in air or in vacuum. The activation energy H ~l eV and the relaxation time Ʈ~1 0-13 s suppose that the R2 peak is linked to the interaction between oxygen vacancies and domain walls. The R1 peak, thermally located between the P1 and R2 peaks, is influenced by these two peaks. Its thermal activation parameters are: H ~1,9 eV et Ʈ ~10-18 s The height of the R1 peak is stress amplitude and temperature rate dependent. R1 is a very complex peak; it is influenced by the Curie transition as well as by relaxationnal and hysteretic mechanisms which are not easy to be dissociated. Static mechanical measurements (variation versus temperature, of strain of specimen under the action of constant tensional stress) allow to observe storage and release of mechanical energy during thermal cycles between room temperature and 450 °C. This kind of "memory effect" is due to mechanical polarisation of material.