Relaxations diélectriques dans les matériaux composites piézoélectriques unidirectionnels : fibres PZT / résine époxyde

par Helmi Hammami

Thèse de doctorat en Mécanique et matériaux

Sous la direction de Manuel Lagache.

Soutenue en 2007

à l'Université Savoie Mont Blanc .


  • Résumé

    Comme pour tous les matériaux, Ie comportement mécanique et électrique des composites est conditionné par la microstructure, elle-même gouvernée par les conditions de mise en oeuvre. Les performances des matériaux composites dépendent à la fois des caractéristiques du renfort (nature, géométrie, orientation et fraction volumique) et des caractéristiques de la matrice. Mais, outre les propriétés intrinsèques de chacun des constituants de base, I'interface renfort/matrice joue un rôle déterminant aussi bien au niveau du comportement mécanique que du comportement électrique et physico-chimique. Notre travail s'inscrit dans Ie cadre de montrer qu'une méthode d'investigation diélectrique peut permettre de caractériser I'interface des piézocomposites unidirectionnels résine époxyde/fibres PZT. Cette méthode est basée sur I'étude de la relaxation interfaciale Maxwell-Wagner-Siliars (MWS), et sur I'évolution de ses caractéristiques en fonction du taux de renfort. Dans un premier temps, nous avons décrit les principaux types de connectivité des composites piézoélectriques et nous avons fait un bilan des méthodes existantes d'élaboration des piézocomposites de connectivité 1-3. Ensuite, nous avons rappelé quelques éléments essentiels relatifs à la polarisation et aux mécanismes de relaxation diélectriques. Dans un deuxième temps, après une brève présentation des différents matériaux étudiés, nous avons présenté la technique d'élaboration des échantillons piézoélectriques retenue dans ce travail et nous avons détaillé les techniques expérimentales employées et rappelé Ie principe de fonctionnement de chacune d'elles ainsi que Ie protocole d'analyse mis en place. Finalement, après avoir effectué une étude du comportement mécanique, Ie comportement diélectrique de ces piézocomposites est abordé sur une large gamme de températures et de fréquences. Nous avons montré que les matériaux étudiés sont caractérisés par quatre processus de relaxations notés b, b*, a et MWS. Cette analyse est complétée par une simulation numérique par I'intermédiaire de I'équation de Havriliak et Negami, afin d'apporter des informations qualitatives et quantitatives sur la relaxation interfaciale induite par la présence des fibres. Finalement, nous avons expose les phénomènes de conduction en régime alternatif dans ces piézocomposites

  • Titre traduit

    Dielectric relaxations in unidirectional piezoelectric composite materials : epoxy resin / PZT fibers


  • Résumé

    The mechanical and electrical behavior of the composite materials is related to the microstructure and controlled also by the sample manufacturing conditions. Therefore, the performances of the composite materials depend at the same time on the reinforcement characteristics of the matrix. But, in addition to the intrinsic properties of each basic component, the interface inclusion/matrix plays a determinant role on the mechanical behavior as well as the electrical and physico-chemical ones. The aim of the work consists to show that a dielectric method of investigation can make possible to characterize the interface of the unidirectional PZT fibres/epoxy resin piezocomposites. This method is based on the study of the interfacial Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) relaxation and on the evolution of its characteristics according to the fibres content. In this work, we have developed, first the principal types of the pezoelectric composites connectivity and we have described the existing methods of the piezocomposites 1-3 connectivity manufacturing. Then, we have pointed out some essential elements relating to the polarization and the dielectric relaxation processes. Second, after a short presentation of the studied materials, we presented our method of the piezoelectric samples manufacturing and we detailed the experimental techniques used. Finally, after the study of the mechanical behavior of these piezocomposites, the dielectric one is analyzed on a broad range of temperatures and frequencies. We showed that the studied materials are characterized by four relaxations : β, β*, alpha. And the MWS. This analysis is supplemented by a theoretical simulation via the Havriliak and Negami equation, in order to obtain qualitative and quantitative information on the interfacial relaxation induced by the presence of fibres. Finally, we exposed the conduction phenomena build up by the alternative electric field in these piezocomposites.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (125 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. : 146 réf.

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