Elaboration of lead-free ceramic materials for ultrasonic applications
Elaboration de matériaux piézoélectriques sans plomb pour applications ultrasonores
Résumé
This work is devoted to the study of the texturation effects on the piezoelectric properties of BaTiO3-based ceramics obtained by the Templated Grain Growth process (TGG). Textured ceramics were elaborated by tape casting of a slurry, by using the orientation of plate-like particles. This anisotropic seeds are oriented during the tape casting process and promote the grain growth in a preferential direction during sintering. Cobalt doped and undoped BaTiO3 powders were synthetized by solid-state reaction, and then characterized to obtain a particle size suitable for tape casting. BaTiO3 and Bi4Ti3O12 plate-like particles were synthetized by molten salts route using a topotactic reaction. Afterwards, slurries with and without anisotropic particles and with and without LiCO3 as sintering aid were tape casted, and then sintered. Textured ceramics were obtained when BaTiO3 platelets particles are used. Co doping and Li adding improve densification and the properties of these textured ceramics. The best obtained result corresponds to d33 = 176pC/N and a Kt = 27%.
Les travaux de cette thèse sont dédiés à l’étude de l’effet de la texturation de céramiques obtenues par la méthode TGG (Templated Grain Growth) sur les propriétés piézoélectriques de matériaux à base de BaTiO3. Des céramiques texturées ont été élaborées par coulage en bande d’une barbotine, en utilisant l’orientation de germes (microplaquettes). Ces germes anisotropes sont orientés dans la direction de coulage et orientent donc ensuite la croissance granulaire pendant le frittage. Des poudres de BaTiO3, dopé et non dopé au cobalt, ont été synthétisées par voie solide puis caractérisées pour obtenir une taille de particules optimale pour le coulage en bande. Des germes de BaTiO3 et Bi4Ti3O12, ont été synthétisés en sels fondus par réaction topotactique. Des barbotines ont ensuite été préparées avec/sans germes et avec/sans LiCO3 comme additif de frittage, puis coulées et frittés. Des céramiques texturées ont ainsi été bien obtenues à l’aide de germes de BaTiO3. Le dopage au cobalt et l’ajout du lithium améliorent la densification et les propriétés des céramiques texturées. Le meilleur résultat obtenu correspond à d33 = 176 pC/N, avec un kt = 27%.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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