Caractérisation de nouvelles céramiques de puissance du type PZT, fluorées
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work refers to the electromechanical characterization of power ceramics under high levels of stress. As a matter of fact, three interference phenomenon limit the use of industrial PZT ceramics: the non-linearity of electromechanical characteristics, the hysteresis, the dielectric, mechanical and electromechanical stresses which produce an overheating. First, we describe the original device settled for measuring variations of electromechanical characteristics (d33, E33, tgδ, sE33) according to the level of uniaxial stresses applied on 0 to 150 MPa ceramics. We can see that the stability threshold of the remanent polarization is included between 20 MPa for soft ceramics and 70 MPa for hard power ceramics. On the other hand, we show the d33 coefficient hysteresis with the uniaxial stress as well as the saturation of electromechanical characteristics on the power ceramics with oxygen vacancy. Then, we point out the instability and the aging of polarized materials with the uniaxial stress on power ceramics and the consequences as a result of their use. We are led to study new fluoridated materials on which we can see an important stabilization of the remanent polarization under uniaxial stress, a loss decrease under electrical field and an almost total absence of hysteresis. This all work allows us to show off the interest of fluoridated PZT type ceramics for power electroacoustic applications.
Abstract FR:
Ce travail concerne la caractérisation électromécanique des céramiques de puissance sous hauts niveaux de sollicitation. En effet, trois phénomènes parasites limitent l'utilisation des céramiques piézoélectriques industrielles de puissance : la non-linéarité des caractéristiques électromécaniques, l'hystérésis de fonctionnement, les pertes diélectriques, mécaniques et électromécaniques qui entraînent un échauffement. Dans une première partie, on décrit l'appareil original mis au point pour la mesure des variations des caractéristiques électromécaniques (d33, E33, tgδ, sE33, etc. ) en fonction du niveau des contraintes uniaxiales appliquées sur la céramique de 0 à 150 MPa. On constate que le seuil de stabilité de la polarisation rémanente est compris entre 20 MPa pour les céramiques douces et 70 MPa pour les céramiques dures de puissance. D'autre part, on met en évidence sur les compositions de puissance lacunaires en oxygène l'hystérésis du coefficient de charge d33 avec la contrainte uniaxiale, ainsi que la saturation des caractéristiques électromécaniques. On met également en évidence sur les compositions de puissance, lacunaires en oxygène, l'instabilité et le vieillissement des céramiques polarisées en fonction de la contrainte uniaxiale appliquée et les conséquences qui en résultent dans leur utilisation. On est conduit à étudier des compositions nouvelles fluorées sur lesquelles on constate une stabilisation importante de la polarisation rémanente sous contrainte uniaxiale, une diminution des pertes sous champélectrique, une absence presque totale d'hystérésis. Ce travail permet de mettre en évidence l'intérêt des compositions du type PZT fluorées pour les applications électroacoustiques de puissance.