Elaboration, caractérisation et études des propriétés électriques de céramiques dans le système : Pb1 –x Yx/2 Bix/2[(Zr0.53 Ti0.47)0.92 - (Mn1/x Sb2/3)0.08] O3

Abstract

Ceramics in PYBZT-PMS system with formula Pb1-xYx/2Bix/2[(Zr0.53 Ti0.47)0.92–(Mn1/3 Sb2/3)0.08]O3 (where x=0, 0.00125, 0.0025, 0.00375, 0.005 and 0.00625) were prepared by the conventional solid state sintering at 1200 °C for 2 h in air. The evolution of microstructure and corresponding electrical properties of PYBZT-PMS samples were systematically studied. Phase transition from rhombohedral to tetragonal structure was identified by Raman spectra and XRD results, and the coexistence of two phases (morphotropic phase boundary MPB) was observed near the composition range from x=0.0025 to 0.005. X-ray diffraction analysis revealed that a pure perovskite structure could be maintained for studied compositions. Scanning electron micrographs of the samples show uniform distribution of grain and grain boundaries. The optimum electrical properties of PYBZT-PMS such as dielectric constant εr=1119.397, dielectric loss tanδ=0.01535, Curie temperature Tc=390 °C, bulk density ρ=7.82 g/cm3, electrical conductivity σ=0.709 (Mohm.m)-1, mechanical quality factor Qm=525.232, electromechanical coupling factor KP=0.639, piezoelectric charge constant d31=68.698x10-12 C/N , piezoelectric voltage constant g31=11.349x10-3 m.V/N and Young modulus Y=11.058 x1010 N/m2 were obtained at x=0.00375.

Le système des céramiques PYBZT-PMS de formule Pb1-xYx/2Bix/2[(Zr0.53 Ti0.47)0.92–(Mn1/3 Sb2/3)0.08]O3 (où x=0, 0.00125, 0.0025, 0.00375, 0.005 et 0.00625) a été préparé par le frittage conventionnel à l'état solide à 1200 °C pendant 2 h dans l'air. L'évolution de la microstructure et des propriétés électriques des échantillons PYBZT-PMS a été systématiquement étudiée. La transition de phase de la structure rhomboédrique à la structure tétragonale a été identifiée par les spectres Raman et les résultats XRD et la coexistence de deux phases (frontière morphotropique de phase FMP) a été observée dans l’étendue de composition de x=0,0025 à 0,005. L'analyse par diffraction des rayons X a révélée qu'une structure pérovskite pure pouvait être maintenue pour les compositions étudiées. Les micrographies électroniques à balayage MEB des échantillons montrent une distribution uniforme des grains et des joints de grains. Les propriétés électriques optimales du PYBZT-PMS telles que la constante diélectrique εr=1119.397, la perte diélectrique tanδ=0.01535, la température de Curie Tc=390 °C, la densité apparente ρ=7.82 g/cm3, la conductivité électrique σ=0.709 (Mohm.m)-1, facteur de qualité mécanique Qm=525.232, facteur de couplage électromécanique Kp=0,639, constante de charge piézoélectrique d31=68.698x10-12 C/N , constante de tension piézoélectrique g31=11.349x10-3 mV/N et module de Young Y=11.058 x1010 N/m2 ont été obtenus à la composition où x=0.00375.

تم تحضير نظام جديد من السيراميك PYBZT-PMS ذو الصيغة Pb1-xYx/2Bix/2[(Zr0.53 Ti0.47)0.92–(Mn1/3 Sb2/3)0.08]O3 (حيث 0=x, 0.00125, 0.0025, 0.00375, 0.005 و 0.00625) بواسطة تلبيد الحالة الصلبة التقليدي عند 1200 درجة مئوية لمدة ساعتين في الهواء. تمت دراسة تطور البنية المجهرية والخصائص الكهربائية المقابلة لعينات PYBZT-PMS بشكل منهجي. تم تحديد انتقال الطور من هيكل معيني السطوح إلى هيكل رباعي الزوايا بواسطة أطياف رامان ونتائج حيود الأشعة السينية، ولوحظ تعايش بين مرحلتين (حدود الطور الشكلي MPB) بالقرب من نطاق التكوين من 0.0025= x إلى 0.005. كشف تحليل حيود الأشعة السينية أنه يمكن الحفاظ على بنية بيروفسكيتية نقية للتركيبات المدروسة. تُظهر الصور المجهرية الإلكترونية الممسوحة للعينات توزيعًا موحدًا لحدود الحبوب والحبوب. تم الحصول على الخصائص الكهربائية المثلى لـ PYBZT-PMS مثل ثابت العزل الكهربائي εr=1119.397, معامل الضياع الكهربائي tanδ=0.01535, درجة حرارة كوري Tc=390 °C, الكثافة الظاهرية ρ=7.82 g/cm3, التوصيل الكهربائي σ=0.709 (Mohm.m)-1 ، عامل الجودة الميكانيكية Qm=525.232, عامل الاقتران الكهروميكانيكي Kp=0,639, ثابت الشحنة البيزوالكتريكية d31=68.698 x10-12 C/N , ثابت الجهد البيزوالكتريكي g31=11.349x10-3 mV/N, ومعامل يونغ Y=11.058 x1010 N/m2 للتركيبة التي توافق قيمة =x0.00375.

la perte diélectrique tanδ