Propagation de fissures dans les céramiques piézo-électriques de typz PZT : effets de dopage au potassium et au niobium

par Azeddine Hizebry

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Gilbert Fantozzi et de Jérôme Chevalier.

Soutenue en 2007

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Ce travail concerne l’étude du comportement mécanique à la rupture des céramiques piézoélectriques de zircono-titanates de plomb (PZT), de structure pérovskite Pb (Zr1-x Tix) O3. Les matériaux étudiées sont trois nuances élaborées de composition voisine de la zone morphotropiques (Zr :Ti, 54 :46) : non dopée (PZT), dopée à 2% at. De Niobium (PNZT) et dopée à 1% at. De potassium (PKZT). Deux procédés d’élaboration ont été utilisés avec et sans liant. Leur comportement est analysé en termes de courbes R (résistance à la propagation de fissures), de lois de propagation sous critique V-KI (vitesse de fissure en fonction du facteur d’intensité de contraintes appliqué), la ténacité intrinsèque et l’anisotropie induite par la polarisation, et ceci en fonction, notamment, de leur composition (dopage), leur microstructure et le milieu environnant. Cette étude a montré que le basculement des domaines ferroélectriques contribue au renforcement important observé pour la nuance PNZT alors qu’il n y a pas d’effet de courbe R pour PZT et PKZT. De même que l’anisotropie observée lors de l’indentation pour les trois nuances étudiés n’est pas du seulement dû au basculement des domaines mais aussi a une diminution des contraintes résiduelles dans le sens de propagation de fissure lorsque celui-ci est parallèle à direction de la polarisation en supposant évidement que le coefficient de la forme de l’empreinte est constante.


  • Résumé

    The aim of this study is to investigate the fracture mechanical behavior of piezoelectric lead zirconate-titanate ceramics (PZT), with perovskite structure Pb (Zr1-x Tix) O3. Three compositions close to the morphotropic zone (Zr:Ti, 54:46) have been prepared: undoped (PZT), doped with 2% at. Of Niobium (PNZT) and doped with 1% at. Of potassium (PKZT). Two processing routes have been used with and without binder. Their behavior was analyzed in terms of R-curves (resistance to the propagation of cracks), laws of propagation under critic V-KI (speed of crack according to the stress intensity factor applied), intrinsic tenacity and anisotropy induced by polarization. This last property has been studied as a function of the composition (doping), the microstructure and the testing atmosphere. This study has shown that the switching ferroelectric domain contributes to the significant shielding for PNZT materials whereas there is no R-curve effect for PZT and PKZT compositions. The anisotropy observed in cracks developed by indentation is not only due to switching ferroelectric domain. By supposing a constant shape coefficient of indentation print a decrease of the residual stresses along the crack propagation when it is parallel to polarization direction has been stated. This study has shown for the first time that the factor of residual stresses of indentation depends on the state of polarization. It is consequently necessary to take account of its real value to evaluate the intrinsic anisotropy of tenacity for polarized materials.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (141 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 135-141

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3271)
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