Nouvelles céramiques piézoélectriques sans plomb pour des applications sonar ou de contrôle non destructif - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Lead free piezoelectric ceramics for sonar applications and non destructive control

Nouvelles céramiques piézoélectriques sans plomb pour des applications sonar ou de contrôle non destructif

Résumé

In this work barium titanate doped with calcium and zirconium (BCTZ), with the composition Ba₀⋅₈₅Ca₀⋅₁₅Ti₀⋅₉₀Zr₀⋅₁₀O₃, was synthesized by solid-state route. The aim of this work was to elaborate an optimized and reproducible synthesis and sintering procedure. Besides, the composition was slightly varied to find the best compromise between the Curie temperature and the electrical properties. A decrease of the zirconium amount in this material led to an improvement of the Curie temperature associated to a decrease of the electrical properties. A solubility limit of 20 %at for calcium in BCTZ was demonstrated. Solid-state route coupled with conventional sintering proved to be an efficient process to obtain BCTZ samples with good properties but it is an energy and time-consuming process. By using microwave heating, the sintering step duration could be drastically reduced. Higher converse piezoelectric constant (d₃₃*) was measured for samples obtained by this fast sintering method. Microwave heating was also tested both to synthesize and to sinter BCTZ. Samples with a 88 % relative density and a d₃₃ piezoelectric constant of 50 pC/N were obtained in only 90 minutes.
Cette étude est focalisée sur l’élaboration du titanate de baryum dopé au calcium et au zirconium (BCTZ), de formule Ba₀∙₈₅Ca ₀∙₁₅Ti₀∙₉₀Zr₀∙₁₀O₃, par voie solide, le but étant de mettre au point un protocole de synthèse et de frittage optimisé et répétable de ce matériau piézoélectrique sans plomb. La variation de la composition a de plus été investiguée dans le but de trouver le meilleur compromis entre température de Curie et propriétés électriques. Il a été mis en évidence l’augmentation de la température de Curie au détriment des propriétés électriques par la diminution de la quantité de zirconium. Une limite de solubilité du calcium dans la maille BCTZ a aussi été observée pour des quantités de calcium de l’ordre de 20 %at. La voie solide étant un procédé chronophage et énergivore, les micro-ondes ont donc été testées comme technique de chauffage pour le frittage. Des échantillons présentant des caractéristiques électriques, comme la constante piézoélectrique inverse (d₃₃*), supérieures à celles mesurées par voie conventionnelle ont ainsi été obtenus, et ceci en réduisant de manière drastique le temps du processus de frittage. Le chauffage micro-ondes a aussi été employé à la fois pour la synthèse et le frittage, ce qui a permis d’obtenir un matériau dense à 88 % en 1 heures 30 minutes et présentant une piézoélectricité de l’ordre de 50 pC/N.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03155181 , version 1 (01-03-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03155181 , version 1

Citer

Kelly Orlik. Nouvelles céramiques piézoélectriques sans plomb pour des applications sonar ou de contrôle non destructif. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université Polytechnique Hauts-de-France, 2019. Français. ⟨NNT : 2019UPHF0010⟩. ⟨tel-03155181⟩
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