Comportement en tant que capteur et actionneur de composants céramiques 0. 9PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN) - 0. 1PbTiO3 (PT) : application au contrôle actif de vibration

• Auteur / Autrice : Sylvie Kurutcharry
• Direction : Martine Lejeune
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piézoélectricité

Propriétés électriques

Couches minces

Vibrations

Actionneurs

Capteurs (technologie)

Résumé

Le compose ceramique 0. 9pb(mg 1 / 3nb 2 / 3)o 3(pmn) - 0. 1pbtio 3(pt) presente des caracteristiques electromecaniques modulables en fonction des differentes sollicitations (temperature, champ electrique, contrainte de compression) auxquelles il est soumis. Ces proprietes en font un candidat potentiel pour des applications de type controle actif de vibration. Ces dernieres peuvent etre apparentees au mode de fonctionnement d'une suspension active pour laquelle on cherche a attenuer la vibration d'une structure par le biais d'une contre-reaction electrique. La demarche de cette etude est d'utiliser un seul composant ceramique pour remplir la double fonction, d'une part, de capteur de pression capable de detecter les vibrations et d'autre part, d'actionneur pour compenser la deformation de la structure par une variation du champ electrique. Aussi, ceci necessite la connaissance des lois de comportement du materiau, soit la sensibilite de la polarisation et de la deformation vis-a-vis du champ electrique et de la contrainte de compression. Dans un premier temps, nous avons essaye de modeliser le comportement electromecanique par une fonction de type polynomiale. Cependant, celle-ci ne prend pas en compte les phenomenes d'hysteresis lorsque la frequence augmente ou la temperature diminue, ainsi que la saturation observee pour des champs electriques eleves (>0. 5 kv/mm). Dans une seconde etape, une approche en tangente hyperbolique a permis de decrire l'evolution des caracteristiques dielectriques et electromecaniques et cela quel que soit le type de sollicitation appliquee au materiau. Meme si elle peut sembler complexe, cette modelisation nous permet d'extraire, de ces equations, les parametres necessaires a la regulation envisagee, soit la variation de contrainte a partir de la polarisation et la contre-reaction electrique en utilisant l'expression de la deformation. Un dispositif a alors ete mis au point afin d'effectuer des tests d'attenuation de vibration a l'aide d'une seule ceramique electrostrictive 0. 9pmn-0. 1pt ; la source de perturbation mecanique etant de type axial et de basse frequence (<100 hz). Enfin, ces materiaux se caracterisent par de fortes deformations longitudinales (10 - 3) mais pour des champs electriques d'amplitude elevee (2k v/mm). Aussi, compte tenu des domaines d'application grand public vises, pour lesquels les tensions acceptables sont de l'ordre de 20 a 100v, des structures multicouches ont ete elaborees et leurs performances electromecaniques ont ete evaluees vis-a-vis de celles des disques massifs precedemment caracterises.