Propriétés du Matériau
Notes
Les pages suivantes donnent un aperçu
détaillé sur la théorie des actuateurs piézos et de leur
fonctionnement. Pour une connaissance de base lire “Aperçu Rapide”, p.see link. Pour une définition
des unités, dimensions et termes, voir “Symboles et Unités”, p.see link et “Glossaire”,
p.see link.
Comme l'effet piézo produit par des matériaux naturels tels que le quartz, la tourmaline, le sel de Rochelle, etc. est très faible,
on a développé des matériaux de céramique ferroélectrique polycristalline tels
que le titatane de baryum et le titanate zirconate de plomb (PZT)
avec des propriétés améliorées.
Les céramiques PZT (piézocéramiques) existent dans
de nombreuses variétés et sont encore les matériaux les plus
largement utilisés de nos jours pour les applications d'actuateurs.
Avant polarisation, les cristallites PZT ont des cellules
élémentaires cubiques symétriques. A des températures en dessous de la température
de Curie, la structure du réseau se déforme et devient asymétrique. Les cellules unitaires présentent une polarisation spontanée (voir Fig. 5), c-à-d. les
cristallites PZT individuelles sont piézoélectriques.
Des groupes de cellules unitaires avec la même orientation sont
appelés des domaines de Weiss. En raison de la distribution aléatoire des orientations des domaines dans le matériau céramique, aucun comportement piézoélectrique macroscopique ne peut être
observé.
A cause de la nature ferroélectrique du matériau, il est possible
de forcer l'alignement
permanent des différents domaines en utilisant un champ électrique
fort. Ce procédé est appelé polarisation (voir Fig. 6).
Certaines céramiques PZT doivent être polarisées à une température
élévée. A présent le matériau possède une polarisation permanente (qui peut être dégradée en dépassant les limites mécaniques, thermiques et électriques du
matériau). La céramique
présente alors des propriétés
piézoélectriques et changera de dimensions quand on
appliquera un potentiel électrique.
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SUITE
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Fig. 5.
1) Cellule élémentaire (PZT) de titanate et zirconate de plomb de type Pérovskite
dans l'état cubique symétrique au dessus de la température de Curie.
2) Cellule élémentaire déformée quadratiquement en dessous de la température
de
Curie
Fig. 6. Dipôles électriques dans les domaines:
1) céramique ferroélectrique non polarisée
2) pendant et 3) après polarisation (céramique piézoélectrique |
