Elaboration et caractérisation de matériaux composites piézo-électriques de connexité 3-3

= Elaboration and characterisa tion of piezoelectric 3-3 composites

• Auteur / Autrice : Khaled Boumchedda
• Direction : Jeanine Paletto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA ; 1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ferroélectricité

Composites polymères

Céramiques piézoélectriques

Résumé

Les matériaux composites piézoélectriques sont fréquemment utilisés comme éléments actifs dans les capteurs hydrophones. Ces matériaux possèdent de meilleures propriétés piézoélectriques hydrostatiques que les céramiques PZT. Le but de cette thèse est de mettre au point une méthode d'élaboration de matériaux composites diphasiques piézoélectriques de connexité 3-3, à partir d'une céramique PZT et d'une seconde phase inactive (polymère ou air), et d'étudier leurs propriétés diélectriques et piézoélectriques en fonction de la fraction volumique de céramique. La connexité décrit la liaison tridimensionnelle de chacune des phases dans les solides multiphasés. Dans un solide diphasique, 10 connexions sont possibles : 0-0, 1-0, 2-0, 3-0, 1-1, 2-1, 3-1, 2-2, 3-2, et 3-3. Une connexité du type 3 représente une phase liée suivant les trois directions. Cette configuration est bien illustrée par la structure éponge. Nous avons élaboré des céramiques poreuses en utilisant une méthode analogue au procédé BURPS développé par SHROUT. Une substance organique est introduite dans la poudre céramique PZT, celle ci laisse une porosité dans l'échantillon après décomposition au cours du cycle thermique. Des échantillons poreux sont élaborés dans une large gamme de porosité variant de 5 % à 90 %, sont polarisés et caractérisés diélectriquement et piézo-électriquement. Les résultats obtenus sont discutés et comparés aux résultats obtenus à partir de modélisations théoriques. Des composites céramique-polymère 3-3 sont élaborés par remplissage des céramiques poreuses piézoélectriques avec un polymère et sont caractérisés. Leurs résultats sont comparés à ceux des céramiques poreuses.

Piezoelectric composites of PZT and polymers are largely used in hydrophone applications. Materials have a better hydrostatic properties than PZT ceramics. The purpose of this work is to optimize the fabrication of piezoelectric composites with 3-3 connectivity of PZT and polymer or air (porous ceramic ), and to study their dielectric and piezoelectric behaviours vs. The volume fraction of ceramic. Connectivity is a parameter to describe the connection of phases in the multiphase solids. In biphasic composites, there are ten connectivities : 0-0, 1-0, 2-0, 3-0, 1-1, 2-1, 3-1, 2-2, 3-2 and 3-3. In an 3-3 composite, each of the constituent phases is continuously self-connected in the three dimensions. This kind of structure is similar to sponge. First, we have elaborated a porous PZT ceramic (skeleton ceramic) using a similar method to BURPS process developed by SHROUT. The ceramic powder was mixed with an organic substance. The mixture was disc shaped and fired. Porous ceramics having a wide range of PZT/air volume ratios (95%/5% to 10%/90%) were prepared in this way. Then, their dielectric and piezoelectric properties are studied. The experimental values are compared to those obtained from the theoretical formulae suggested by some authors. Finally 3-3 composite materials were made by filling the piezoelectric porous ceramic with polymer. The dielectric and piezoelectric properties of the filled samples were compared to those of porous samples.