Synthèse hydrothermale de poudres de titanate de baryum, réalisation et caractérisation des céramiques

par Pascal Pinceloup

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Anne Leriche.

Soutenue en 1997

à Valenciennes .

mots clés

• Céramique oxyde
• Céramique électronique
• Condition hydrothermale
• Propriété diélectrique
• Oxide ceramics
• Electroceramics
• Hydrothermal condition
• Dielectric properties

Résumé

Des poudres cristallisées de titanate de baryum pur ont été préparées par synthèse hydrothermale à 150°C pendant 2h à partir de précurseurs hydroxyde de baryum et isopropoxyde de titane en solvant isopropanol+eau. La taille des grains élémentaires passe de 30 à 85 nm quand le taux d'eau dans le solvant passe de 37 à 86% en volume. Un mécanisme réactionnel par dissolution-précipitation à partir de grains amorphes de TiO2. XH2O formés pendant l'étape de mélange des précurseurs est proposé. Le lavage final des poudres à l'acide acétique dilué ou à l'eau mène à des poudres déficitaires en baryum qui présentent un mauvais comportement au frittage. L'accord de l'excès initial en Ba(OH)2 pour produire directement des poudres stœchiométriques sans lavage final s'est avéré peu reproductible mais a permis de montrer que l'avancement de la réaction est conditionné par le pH. Le pH limite de stabilité de BaTiO3 vaut 11,7. Le protocole optimisé consiste donc à n'apporter qu'un très faible excès de Ba(OH)2 et à imposer un pH>11,7 grâce a une base organique forte. Le contrôle de (Ba+Sr)/Ti a été obtenu à 0,3% près et de manière reproductible. Des céramiques denses ont été obtenues par frittage entre 1100°C et 1200°C pour (Ba+Sr)/Ti compris entre 0,990 et 1,011. Néanmoins, seules les compositions de la gamme 0,996 à 1,000 sont propices au développement de céramiques à grains fins (1 à 2 µm) et à microstructures homogènes. Elles présentent des constantes diélectriques relatives supérieures à 5500 à température ambiante et des pertes diélectriques inferieures à 1 %. La synthèse par le même protocole de poudres dopées au niobium a démontré que l'incorporation des ions niobium au sein des grains de BaTiO3 est possible en milieu hydrothermal. Les céramiques préparées à partir de ces poudres sont semi-conductrices à température ambiante et présentent un effet CTP à 123°C.

Titre traduit

Hydrothermal synthesis of barium titanate powders, fabrication and characterization of ceramics

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