Synthèse par flash combustion et voie solide de formulations céramiques diélectriques dans le diagramme de phase ternaire CaO/ZrO2/TiO2

Flash-combustion and solid state synthesis of dielectric ceramic formulations in the ternary phase diagram CaO/ZrO2/TiO2

• Auteur / Autrice : Pierre-Andre Goujon
• Direction : David Houivet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 16/12/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire universitaire des sciences appliquées de Cherbourg (1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Courtois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Houivet, David Grossin, Xavier Deschanels, Sophie Guillemet, Jérôme Bernard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : David Grossin, Xavier Deschanels

Mots clés

Mots clés contrôlés

Frittage (métallurgie)

Science des matériaux

Mots clés libres

Céramiques Diélectriques

Flash combustion

Synthèse voie solide

Densification

Système CaO/TiO2/ZrO2

Materials science

CaO/TiO2/ZrO2 system

Sintering

Densification

Solid state synthesis

Synthesis

Solution combustion

Dielectric ceramics

Résumé

Le domaine de composition Ca(ZrxTi1-x)O3 a été étudié afin de mieux apprécier ses propriétés diélectriques ; dans le but d'applications pour condensateurs céramiques multicouches à armatures en métaux non nobles. La synthèse de tout ce domaine est mal connue, que ce soit par voie solide, ou par flash combustion. L’étude et l’optimisation (mélangeage/broyage, température de chamottage) de la synthèse par voie solide a permis la synthèse d’échantillons monophasés de la phase pérovskite tout le long du domaine de composition. L’étude de la synthèse par flash combustion a d’abord déterminé que le combustible le plus efficace pour la synthèse était la glycine, puis que l’apport de titane permettant la formation de la phase la plus performante est le nitrate de Titane (TiO(NO3)2) synthétisé à partir du butoxyde de titane.La densification des poudres obtenues par ces deux méthodes a été étudiée et comparée. Ces essais ont permis de comparer plusieurs paramètres sur la densification des échantillons. Ces paramètres sont le mode d’élaboration, le ratio Zr/Ti, ainsi que l’atmosphère de frittage. Des ajouts de frittages seront également testés sur deux compositions : CaZrO3 et Ca(Zr0,8Ti0,2)O3. Ces compositions ont été choisies car elles sont pauvres en titane, ce qui évite la réduction de cet élément qui transformerait le condensateur en semi-conducteur lors d’un frittage sous atmosphère réductrice. Cette étude comparative de ces différents paramètres porte également sur les propriétés diélectriques des échantillons ainsi produits.

The compositional domain Ca(ZrxTi1-x)O3 has been studied in order to understand the formation of solid solution between CaTiO3 and CaZrO3. The aim of this study is the application of such formulations for multilayer ceramic capacitors with non-nobles metal armatures. The synthesis on the line CaTiO3/CaZrO3 is poorly known, either by solid state or by flash-combustion. The study and optimization (mixing/grinding, temperature of calcination) of the solid-state synthesis has allowed the synthesis of single-phase samples made of the perovskite phase along the whole compositional range. The study of the solution-combustion synthesis first determined that the most efficient fuel for the synthesis was glycine, then the fact that the titanium input allowing the formation of the purest phase is TiO(NO3)2, synthesized from titanium butoxide.The densification of the powders obtained by these two methods was studied and compared. These tests allowed to compare several parameters on the densification of the samples. These parameters are the powders’ method of elaboration, the Zr/Ti ratio and the sintering atmosphere. Sintering adds were also be tested on two compositions: CaZrO3 and Ca(Zr0.8Ti0.2)O3. These compositions have been chosen because they are weak in titanium, which avoids reduction and appearance of semi-conduction of Ti that would transform the capacitor into a p-semiconductor during sintering in a reducing atmosphere. This comparative study of these different parameters also deals with the dielectric properties of the samples thus produced.