Elaboration et caractérisation des céramiques piézo-électriques de structure pérovskite :(1-x) Pb (Zr0.52 Ti0.48) O3 – x Y (Ta1/2 Sb1/2)O3 , effet de dopage

Abstract

يهدف هذا البحث إلى فهم أفضل لخصائص سيراميك جديد بهيكل بروفيسكيت ABO3 ، وقد تم عمل بدائل على الموقعين A و B لتحسين خصائصه الفيزيائية. المحلول الصلب للهيكل (1-x) Pb (Zr0.52Ti0.48) O3-xY (Ta1/2Sb1/2) O3 باختصار PZT-YTS ، حيث = x 0 ، 0.01 ، 0.02 ، 0.03 ، 0.04 و 0.05 ) بعد التوليف بالطريقة الصلبة التقليدية ، تمت معالجة العينات بالحرارة عند 1100 و 1150 و 1180 درجة مئوية ، من أجل الحصول على منتج أكثر كثافة بجودة فيزيائية أفضل. تمت دراسة هيكل الطور والبنية الدقيقة والخصائص الكهربائية المقابلة. تظهر تحاليل حيود الأشعة السينية وتحاليل رامان أنه تم الحصول على بنية الطور الرباعي المتماثل في جميع أنواع السيراميك في درجة حرارة الغرفة. تظهر الصور المجهرية الإلكترونية الممسوحة للعينات توزيعًا موحدًا للحبيبات وتثبيطًا لنمو ها مع زيادة محتوى المضافات. اسفرت النتائج أنه تم الحصول على أفضل الخصائص للسيراميك ذو الكثافة القصوى حيث بلغت الكثافة النسبية 97.7 ٪ مع x = 0.04 كالتالي: السماحية العازلة ، عامل التبديد ، عامل الاقتران الكهروميكانيكي ، معامل يونغ ، عامل الجودة الميكانيكية، ثابت الشحنة الكهرضغطية ، الكثافة الحقيقية ، وثابت الجهد الكهربي الانضغاطي ، على التوالي هي: 714.9 εr =، 0.03345 tanδ = ، KP = 0.635 ، Y = 10.528 × 1010 N / m2 ، 622.254 Qm = ، d31 = 74.738 × 10-12 C / N ، ρa = 7.67 g/cm 3 و .g31 = 10.477 × 10 -3 mlV/N

Cette recherche vise à mieux comprendre les caractéristiques d’une nouvelle céramique de structure prévoskite ABO3, des substitutions ont été effectuées sur les sites A et B afin d’améliorer ses propriétés physiques. La solution solide de structure (1-x) Pb(Zr0.52Ti0.48) O3-xY(Ta1/2Sb1/2)O3 (abrégées en PZT-YTS, où x=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04 et 0.05) a été obtenue après synthèse par une méthode conventionnelle par voie solide, les échantillons ont subi un traitement thermique à 1100, 1150 et 1180°C , afin d'obtenir un produit plus dense d’une meilleure qualité physique. La structure de phase, la microstructure et les propriétés électriques correspondantes ont été étudiées. La diffraction des rayons X et les analyses Raman montrent que la structure de phase tétragonale a été obtenue dans toutes les céramiques à température ambiante. Les micrographies électroniques à balayage des échantillons présentent une distribution uniforme des grains et une inhibition de la croissance des grains avec l'augmentation de la teneur en dopage. Les résultats font ressortir que les meilleures caractéristiques ont été obtenues pour la céramique de densité maximale où la densité relative atteint 97.7% avec x = 0. 04 comme suit : La permittivité diélectrique, le facteur de dissipation, le facteur de couplage électromécanique, le module d'Young, le facteur de qualité mécanique, la constante de charge piézoélectrique, la densité réelle et la constante de tension piézoélectrique, respectivement sont : εr = 714,9, tanδ = 0,03345, KP = 0,635, Y = 10,528×1010 N/m2, Qm = 622,254, d31 = 74,738×10-12 C/N, ρa = 7,67 g/cm3 et g31 = 10,477×10-3 m-V/N.

This research aims to better understand the characteristics of a new ceramic with a prevoskite structure ABO3, substitutions have been made on the A and B sites to improve its physical properties. The solid solution of structure (1-x) Pb(Zr0.52Ti0.48) O3-xY(Ta1/2Sb1/2)O3 (abbreviated as PZT-YTS, where x=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04 and 0.05) was obtained after synthesis by conventional solid method, the samples were heat treated at 1100, 1150 and 1180°C, in order to obtain a denser product with better physical quality. The phase structure, microstructure and corresponding electrical properties were studied. X-ray diffraction and Raman analyses show that the tetragonal phase structure was obtained in all ceramics at room temperature. Scanning electron micrographs of the samples show uniform grain distribution and grain growth inhibition with increasing doping content. The results show that the best characteristics were obtained for the ceramic of maximum density where the relative density reaches 97.7% with x = 0.04 as follows : The dielectric permittivity, dissipation factor, electromechanical coupling factor, Young's modulus, mechanical quality factor, piezoelectric charge constant, true density, and piezoelectric voltage constant, respectively are: εr = 714.9, tanδ = 0.03345, KP = 0.635, Y = 10.528×1010 N/m2, Qm = 622.254, d31 = 74.738×10-12 C/N, ρa = 7.67 g/cm3 and g31 = 10.477×10-3 m-V/N.