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Chtcherbak Karine

Faculté: d’écologie et de technologie chimique

Specialité: «Technologie des matériaux non métalliques cilicique»

Thème: «Etudes de la nature de la céramique ferro-électrique dans la zone du passage de morphotropie de phase avec la modification par les additifs du type complexe»

Dirigeant: : Monsieur Prilipko Yuriu

E-mail: karina_sherbak@mail.ru
Résumé
Travail de fin d’études au niveau de formatin «Master-spécialisé» Thème: «Etudes de la nature de la céramique ferro-électrique dans la zone du passage de morphotropie de phase avec la modification par les additifs du type complexe»

INTRODUCTION

     L’intérêt pour la céramique possédant un complexe de propriétés précieuses a tellemet augmenté que l’on peut parler de la renaissance originale céramique comme une tendance de la science des matériaux modernes.

     Les corps ferro-électriques, les corps piézo-électriques et les matières analogues ont trouvés une large application et ils déterminent d’une manière considérable les réalisations modernes dans le secteur électronique, celui de mesure, de calcul, d’espace cosmique, de médecine et de radiotechnique, en construction d'appareils, en énergétique nucléaire et dans d’autres secteurs. Les exigences de plus en plus sérieuses, attribuées aux caractéristiques mécaniques, physiques, chimiques et fonctionnelles des matériaux et d’une part, incitent l’élaboration de nouveaux types de matériaux céramiques piézo-électriques, d ’autre part, stimulent des travaux sur la création de nouvelles méthodes de la synthèse et de l’intensification du procédé technologique. C’est pourquoi la recherche de nouveaux matériaux céramiques piézo-électriques reste le but actuel de la science moderne.

     Vers le milieu des années 60 les possibilités du perfectionnement des matériaux â la base BaTiO₃ ont été principalement épuisées. Pourtant, les recherches intensives des solutions solides au systeme PbTiO₃ — PbZrO₃ â la zone du passage de morphotropie de phase ont abouti â la découverte et ensuite â l’implantation industrielle d’un nouveau groupe de compositions plus efficaces de la céramique piézo-électrique (au système PZT ou ZTS). Tout cela a permis d’augmenterir visiblement des paramètres et, ce qui est important, de créer une large gamme différente de matériaux céramiques piézo-électriques d’une grande efficacité de destination différente.

BUT DU TRAVAIL

Le but de mes recherches est l’étude de la nature du corps ferro-électrique ZTSSt-3 â la zone du passage de morphotropie de phase et avec la modification par les additifs du type complexe afin de définir des propriétes les plus élevées, et ce qui est essentiel, des propriétes stables électrophysiques, acoustiques avec la meilleure conductibilité. Cela est une des plus importantes conditions du choix de la céramique piézo-électrique pour les dispositifs d’ultrason puissant au cours de la variation des régimes de température et des régimes de champ au cours de l’exploitation

PARTIE EXPERIMENTALE

La céramique piézo-électrique ZTSSt-3 présente la solution solide du zirconate-titanates du plomb-strontium, modifiée par les additifs des oxydes de zinc, de bismuth, de manganâse et de lanthane avec la structure de pérovskite.

On a effectué la recherche sur les échantillons préparés du mélange d’oxydes et de carbonates des métaux correspondants selon la technologie traditionnelle céramique avec la teneur différente de titane et de zirconium. La synthése a été contrôlée par l’analyse radiographique de phase. La surface spécifique de la poudre broyée a été contrôlée par de ПСХ-2. Les eléments prêts ont été métallisés avec la pâte d'argent et on les a polarisés dans le milieu du liquide polyéthylsiloxane à la température de 150°C par le champ électrique avec la tension de 4 kV/mm. Puis on a fait des mesures les propriétés piézo-électriques par la méthode de résonance-antirésonance

INTERPRETATION DES RESULTATS OBTENUS

     Selon les résultats de l’expérience, on a obtenu les données sur la dépendance des propriétés de la composition et on a révélé les caractéristiques optimales qui sont situees dans la zone de morphotropie.

     Sur la figure 6 par les lignes pointillèes la zone de morphotropie (Т-П passage)est marquée, les zones quadratique et rhomboédrique, sont situées à sa droite et à sa gauche. Les recherches radiographiques réalisées de la solution solide ont permis de déterminer ce qui suit. Le passage de concentration à travers la borne de morphotropie (BM) s’effectue par la variation continue des paramètres du réseau. Pour les solutions solides ZTS, avec la variation de la teneur de titane et de zirconium (x) à la température stable, au travers la borne de la zone de morphotropie de phase, on constate le passage dans la phase de la phase quadratique et en phase rhomboédrique. Pendant l’introduction de PbTiO₃ en PbZrO₃, la phase quadratique se réduit pour PbTiO₃ à proximité de la zone du passage de morphotropie.

     Dans cette zone, comme on le voit de la figure, la pérmeabilité diélectrique, le coefficient du rapport électromécanique, la qualité mécanique, la vitesse du son, la température de Curie et le piézomodul ont un caractère extrémal. Ce sont justement ces propriétés du matériel qui caractérisent l’efficacité du travail de l’élément. Pourtant, l’intérêt le plus grand pour les émetteurs électro-acoustiques est porté pour des propriétés qui sont places dans la phase quadratique à proximité de la borne de morphotropie (BM), puisque dans cette zone selon les données publiées, ces propriétés sont les plus stables.

     L’analyse des résultas obtenus témoigne, que la solution solide ZTSSt-3 de la composition 0,49 PbTiO₃ molaire %, possède de telles propriétés, qui sont présentée au tableau 1.

Le tableau 1 - Attributs de la composition ZTSSt-3

№	Dénomination des indices	Valeur
1	Teneur de l’oxyde libre du plomb, PbO_своб , %	3,5
2	Surface spécifique S_уд., м²/г, %	0,45
3	Résidu au tamis № 0056, %,	0,8
4	Densité de la céramique ρ · 10³, кг/м³	7,7
5	, Perméabilité diélectrique relative, ε₃₃/ε₀	620
6	Modul piézo-électrique, d₃₁10¹²,Кл/Н*	131
7	Tangente d'angle de pertes diélectriques, tg δ, %	0,40
7	Vitesse du son, V_R, м/с	3000
8	Bonne qualité mécanique, Q_m	750
9	Coefficient de couplage mécanique, K_p	0,57

C’est ausssi la température de sintérisation du materiel, qui exerce un effet considérable sur les propriétés de la céramique. La meilleure combinaison de propriétés électrophysiques des échantillons, dont les résultats sont cités au tableau 2, était le facteur déterminant au choix des conditions de la sintérisation.

Le tableau 2 - Résultats des valeurs des propriétés électrophysiques de la température de la sintérisation de la céramique

№	Т ,°С	ρ · 10³, г/см³	ε₃₃/ε₀	tg δ, %	K_p	d₃₁10¹²,Кл/Н*	Q_m
1	1260	7,62	670	0,52	0,572	132	620
2	1240	7,70	620	0,40	0,570	131	750
3	1220	7,88	600	0,45	0,575	129	650
4	1200	7,90	610	0,50	0,581	130	675

Les propriétés obtenues ne sont pas des critères principaux du choix de la céramique pour les sources de l’ultrason puissant. En qualité des paramètres, qui déterminent l’aptitude de l’utilisation de la céramique piézo-électrique dans les dispositifs à une haute puissance de l’èmission, on utilise la bonne qualité piézoélectrique (K_p·Q_m), l’intensité ((d₃₁·V_зв)²· 10¹⁴) et la puissance de l’émission (K_p²/tgδ).

Les valeurs de ces paramètres, en comparaison avec d’autres compagnies leaders, sont préesentées d'une manière évidente au tableau 3.

Le tableau 3 - Paramètres ultra-soniques

№	Denomination des piezoceramiques	la bonne qualite piezoelectriqueK_p·Q_m	l’intensite(d₃₁·V_зв)²· 10¹⁴, Кл²· м²/Н²· С²	la puissance de l’emissionK_p²/tgδ
1	ZTSSt-3	226,9	15,4	0,812
2	Finsonic	81,9	19,3	0,214
3	Branson, США	81,1	15,5	0,435

L’analyse comparative fait voir, que la céramique ZTSSt-3 est plus préférable par rapport aux céramiques analogiques d'importation, pratiquement par tous les indices.

CONCLUSIONS

Donc, les résultats obtenus témoignent de la corrélation profonde de la composition et des propriétés, et, comme conséquence, il faut préciser le rapport des constituants à la production du matériel destiné aux domaines différents d’application. Sans doute, il existe d’autres facteurs qui influent sur les propriétés (la modification, la technologie de la production et d’autres). Pourtant, ces facteurs sont une perspective des recherches ultérieures.

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