Contribution à la compréhension des phénomènes de dissipation d'énergie dans les céramiques piézo-électriques de type PZT : effets du dopage au potassium et au niobium

• Auteur / Autrice : Abderrazak Bouzid
• Direction : Gilbert Fantozzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transitions de phases

Frottement interne

Ferroélectricité

Céramiques piézoélectriques

Résumé

Ce travail a été consacré principalement à la compréhension des mécanismes responsables des dissipations d'énergie dans les matériaux piézo-électriques de zircono titanate de plomb -PZT. Les compositions élaborées sont des zircono titanate de plomb dans la zone morphotropique et répondant à une formulation chimique de type : Pb (Zr1-x Tix)O3 et présentant un rapport Zr/Ti de 0. 54/0. 46, non dopées (PZT 54/46), dopées au potassium à 0. 5% atomique respectivement (PKZT 0. 5/24/46 et PKZT 1/54/46), et dopées au niobium à 1%atomique respectivement (PNZT 1/54/46 et PNZT 2/54/46). L'utilisation de la spectrométrie mécanique comme technique principale d'investigation nous a permis la mise en évidence de deux pics de transition de phase P1 et P2, et de deux autres pics de pertes mécaniques R1 et R2; Le pic P1 correspond à la transition de Curie entre la phase para électrique et la phase ferroélectrique quadratique. Le pic P2 représente les pertes associées à la transmission morphotropique entre les phases ferroélectriques quadratique et rhomboédrique. Le pic R2 est contrôlé par un mécanisme de relaxation dû à des interactions simples formant des dipôles élastiques/diélectriques anisotropes entre les lacunes d'oxygène et les lacunes cationiques. Le pic R1 est la superposition de deux pics : L'un est lié au mouvement visqueux des parois de domaines ferroélectriques et à l'évolution de la structure des domaines ferroélectriques, causé par la nucléation de nouveaux domaines, Et l'autre est contrôlé par l'interaction des parois de domaines avec un nuage de défauts ponctuel environnant, et à l'opposition de ces derniers (lacunes cationiques et/ou au complexes de défauts) au mouvement des parois des domaines ferroélectriques.

The aim of the present study is the comprehension of the mechanisms controlling the dissipation phenomena in piezoelectric ceramics of lead zirconate titanate-PZT-. We have prepared several piezoelectric ceramics Pb (Zr1-x Tix)O3 close to the morphotropic phase boundary with Zr/Ti ratio of 0. 54/0. 46, undoped PZT (PZT 54/46), potassium doped PZT at 0. 5 %atomic et 1%atomic respectively (PKZT 0. 5/54/46 and PKZT 1/54/46), and niobium doped PZT at 1%atomic et 2%atomic respectively (PNZT 1/54/46 et PNZT 2/54/46). By mechanical spectrometry we have observed two phase transition peaks : P1 et P2, and two other mechanical losses peaks : R1 et R2. P1 peaks is the Curie transition peak between tetragonal ferroelectric phase and paraelectric phase. P2 peak is the morphotropic transition between rhombohedral and tetragonal ferroelectric phases. R2 peak is a relaxation controlled mechanism peak due to the formation of dipoles from the interaction between oxygen vacancies and the cationic vacancies and/or dopant ions. R1 peak is the superposition of two peaks : the first is related to the viscous motion of domain walls and the evolution of the ferroelectric domain structure, caused by the nucleation of new domains, the second is controlled by the interaction of domain walls with an neighbouring point defects cloud (rather cationic vacancies), which oppose to the domain walls movement.