FR2950049A1 - Materiau ceramique pour un dispositif actionneur et/ou detecteur piezoelectrique et procede d'obtention d'un materiau ceramique pour un dispositif actionneur et/ou detecteur piezoelectrique - Google Patents

Materiau ceramique pour un dispositif actionneur et/ou detecteur piezoelectrique et procede d'obtention d'un materiau ceramique pour un dispositif actionneur et/ou detecteur piezoelectrique Download PDF

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Abstract

L'invention à pour objet un matériau céramique (10) pour un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium avec un dopage combiné par des composés ioniques combinés, comprenant un ion monovalent de lithium, d'argent, et/ou de potassium, et un ion trivalent de lanthane, de fer, d'yttrium, d'ytterbium et/ ou d'aluminium. L'invention a également pour objet un procédé d'obtention d'un matériau céramique (10) pour un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique comportant l'étape consistant à doper un matériau à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium par des composés ioniques combinés, comprenant un ion monovalent de lithium, d'argent, et/ou de potassium, et un ion trivalent de lanthane, de fer, d'yttrium, d'ytterbium et/ ou d'aluminium. L'invention a en outre pour objet, un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique et un procédé d'obtention d'un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique. L'invention a de surcroît pour objet un élément de réglage et un procédé d'obtention d'un élément de réglage.

Description

1 Domaine de l'invention L'invention à pour objet un matériau céramique pour un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique. L'invention concerne également un procédé d'obtention d'un matériau céramique pour un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique Etat de la technique Un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique renferme souvent un élément céramique métallisé en un matériau piézoélectrique. L'élément céramique métallisé est en règle générale conçu de sorte qu'une tension/charge appliquée provoque une modification du volume de cet élément et/ou qu'une force exercée sur celui-ci entraîne une modification de tension.
L'élément constitutif du dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique peut par exemple être formé de titanatezirconate de plomb (PZT), d'une pérovskite à base de niobate telle que par exemple le niobate de potassium-sodium (KNN), ou d'un matériau céramique à base de titane-baryum (BT).
En outre, dans la publication « Dielectric and piezoelectric properties of La203 doped (Bio.5Nao.5)o.92(Bao.sSro.2)o.o8TiO3 lead-free piezoelectric ceramics » (R. -C. Zhou ; Y. -Z. Liu ; X. -M. Meng ; J Electroceram (2007) ; 18 : 9 - 12 ; DOI 10.1007/s10832-007-9002-0) on a proposé l'utilisation de (Bio.5Nao.5)o.92(Bao.sSro.2)o.o8TiO3 dopé par de l'oxyde de lanthane en tant que matériau piézoélectrique. Exposé l'invention L'invention a pour objet un matériau céramique pour un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium.
Ce matériau céramique est caractérisé par un dopage combiné par des composés ioniques combinés, comprenant un ion monovalent de lithium, argent, et/ou potassium, et un ion trivalent de lanthane, fer, yttrium, ytterbium et/ou aluminium.
2 L'invention a également pour objet un procédé d'obtention d'un matériau céramique pour un dispositif actionneur et/ ou détecteur piézoélectrique comportant : l'étape consistant à doper un matériau à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium par des composés ioniques combinés, comprenant un ion monovalent de lithium, d'argent, et/ou de potassium, et un ion trivalent de lanthane, de fer, d'yttrium, d'ytterbium et/ ou d'aluminium. Le dopage combiné du matériau céramique à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium par des composés ioniques combinés (quasi divalents) d'ions lithium, argent, potassium, lanthane, fer, yttrium, ytterbium et/ou aluminium permet de garantir des propriétés piézoélectriques avantageuses, de bonnes caractéristiques électromécaniques et/ou une température de mise en oeuvre relativement élevée lorsque l'on utilise ce matériau céramique en tant que matériau piézoélectrique. Par température de mise en oeuvre relativement élevée, on doit entendre un température qui correspond au moins à la température de mise en oeuvre du matériau non dopé.
En particulier, le dopage combiné par au moins un ion monovalent et au moins un ion trivalent des atomes considérés, permet d'obtenir les avantages d'un dopage par au moins un ion monovalent et les avantages d'un dopage par au moins un ion trivalent, dans un système à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum- strontium. Selon un mode de réalisation avantageux, le matériau céramique présente une concentration en ion(s) monovalent(s) située dans une plage comprise entre 0,1 % molaire et 6,0 % molaire et une concentration en ion(s) trivalent(s) située dans une plage comprise entre 0,1 % molaire et 6,0 % molaire. De telles concentrations permettent en particulier de garantir, un coefficient piézoélectrique avantageux du matériau céramique, c'est-à-dire une modification de volume relativement élevée en présence d'une modification de tension de charge appliquée.
3 En outre, de telles concentrations permettent de garantir une bonne aptitude au fonctionnement du matériau céramique en tant que matériau piézoélectrique pour une température de mise en oeuvre relativement élevée.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le matériau céramique présente en tant que dopage combiné, un dopage par des ions lithium et des ions lanthane. L'utilisation conjointe d'ions lithium et d'ions lanthane lors du dopage permet de combiner les avantages d'un dopage au lithium et les avantages d'un dopage au lanthane. Par exemple, un dopage combiné du matériau céramique par un composé ionique lithium-lanthane quasi-divalent permet de garantir un coefficient piézoélectrique amélioré par rapport à un dopage au lithium ou à un dopage au lanthane.
En outre, lors du dopage combiné, l'utilisation d'ions lanthane favorise la microstructure du matériau céramique, en particulier une densification pendant le frittage de ce matériau. Simultanément lors du dopage combiné, l'utilisation de lithium garantit un abaissement de la température de frittage.
En outre, les ions lithium compensent l'influence des ions lanthane tendant à réduire la température de fonctionnement. Ainsi, un dopage par (Li+La3+)2+ permet d'obtenir une augmentation de la température d'utilisation. La concentration en ions lithium peut être différente de la concentration en ions lanthane. L'utilisation d'ions argent, potassium, fer, yttrium, ytterbium et/ou aluminium permet d'améliorer les caractéristiques piézoélectriques, les caractéristiques électromécaniques et/ou la température d'utilisation.
De façon préférentielle, le matériau céramique présente un rapport de mélange al(Bio.5Nao.5TiO3)+a2(BaTiO3)+a3(SrTiO3) de titanate de bismuth-sodium, de titanate de baryum et de titanate de strontium, un point Po (al a2 a3) étant situé dans une surface d'un triangle défini par les points P1 (al = 0.499, a2 = 0.001, a3 = 0.500), P2 (a1=0.988,a2=0.001,a3=0.001) et P3(a1=0.500,a2=0.499,a3= 0.001). Une telle réalisation du matériau céramique est particulièrement avantageuse en ce qui concerne les caractéristiques piézoélectriques et/ou la température d'utilisation pouvant être obtenues. De façon préférentielle, au moins 10 % des ions monovalents de dopage sont situés dans un site du réseau cristallin du sodium et au moins 10 % des ions trivalents de dopage sont situés dans un site du réseau cristallin du bismuth. De façon préférentielle, au moins 50 %, en particulier au moins 90 % des ions monovalents et/ou des ions trivalents de dopage sont insérés dans un site du réseau cristallin du sodium ou dans un site du réseau cristallin du bismuth.
On peut en outre également envisager un mode de réalisation du matériau céramique dans lequel au moins 10 %, de préférence au moins 50 %, en particulier au moins 90 % des ions combinés de dopage sont situés dans un site du réseau cristallin du baryum-strontium.
En outre, au moins 10 % des ions monovalents de dopage peuvent être situés dans un site du réseau cristallin du sodium et au moins 10 % des ions trivalents de dopage dans un site du réseau cristallin du baryum. De préférence, les propositions des ions monovalents insérés dans un site du réseau cristallin du sodium et des ions trivalents insérés dans un site du réseau cristallin du baryum sont d'au moins 50 % en particulier d'au moins 90 %. La disposition appropriée des ions combinés de dopage dans ces sites des réseaux cristallins permet d'optimiser les propriétés 30 du matériau céramique. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, le matériau céramique est le matériau (Bio.5-xNao.5_ yXxYy)o.s5Bao.12Sro.o3TiO3 , le matériau (Bio.sNao.os)o.ss(Ba 0.12 Sr 0.03)1- 20/3(x+y)XxYyTiO3 ou le matériau (Bio.5Nao.5_ Yy)o.85(Bao.l2Sro.o3)1- 35 2ox/3XxTiO3, X étant l'ion trivalent de lanthane, de fer, d'yttrium, 10 15 d'ytterbium et/ou d'aluminium et Y étant l'ion monovalent de lithium, d'argent et/ou de potassium, x = y = [1 à 6 % molaire]. Dans une telle composition le dopage par (Li+La3+)2+ permet en particulier d'abaisser la température de frittage de jusqu'à 5 100° C. Le matériau céramique conforme à l'invention est très stable vis-à-vis des variations de procédé lors de sa fabrication. La fabrication d'un tel matériau céramique est ainsi facilement réalisable et peu onéreuse. En outre, ce matériau céramique présente une bonne stabilité dans le temps. Ce matériau céramique peut pour cette raison être utilisé à la place des matériaux piézoélectriques à base de plomb pour de nombreuses possibilités d'utilisation. Les caractéristiques décrites ci-dessus sont également avantageuses dans le cas de dispositifs d'actionnement et/ou de détection piézoélectriques, par exemple d'un élément de réglage. Un tel élément de réglage peut par exemple être un composant d'un injecteur. 20 Les avantages décrits sont également garantis dans le cadre d'un procédé d'obtention correspondant d'un matériau céramique pour un dispositif d'actionnement et/ou de détection piézoélectrique. De plus, on peut obtenir, en utilisant un tel matériau céramique et/ou son procédé d'obtention un dispositif d'actionnement 25 et/ou de détection piézoélectrique avantageux et un élément de réglage amélioré. Un tel procédé peut également pris en considération pour l'obtention d'un injecteur. Dessins 30 Les caractéristiques de l'invention qui fait l'objet de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma fonctionnel représentatif d'un mode de réalisation du procédé d'obtention, 20 25 30 - la figure 2 est un schéma illustrant un mode de réalisation du dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique, et - les figures 3A à 3E sont des courbes illustrant les propriétés de onze exemples sélectionnés de matériau céramique.
Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est un schéma fonctionnel illustrant un mode de réalisation du procédé d'obtention. Selon une étape optionnelle S1 on forme un matériau à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium.
On peut établir un rapport de mélange al(Bio.5Nao.sTiO3)+a2(BaTiO3)+a3(SrTiO3) de titanate de bismuth-sodium, de titanate de baryum et de titanate de strontium, les différents paramètres al a2 et a3 étant fixés de sorte qu'un point Po (ai a2 a3) soit situé dans une surface d'un triangle défini par les points P1 (al = 0.499, a2 = 0.001, a3 = 0.500), P2 (ai = 0.988, a2 = 0.001, a3 = 0.001) et P3 (al = 0.500, a2 = 0.499, a3 = 0.001). Le matériau céramique présente de préférence, la composition (Bio.sNao.5)o.85Bao.12Sro.o3TiO3 (BNBST-12-3) ou (Bio. 5Nao.$)o.92(Bao.sSro.2)o. o8TiO3. Le procédé décrit peut toutefois également être mis en oeuvre sans l'étape S1. Dans ce cas on utilise pour l'étape S2 un matériau déjà préparé à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryumstrontium. Lors de l'étape S2 on dope le matériau à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium avec des composés ioniques combinés renfermant un ion monovalent de lithium, d'argent et/ou de potassium et un ion trivalent de lanthane, de fer, d'yttrium, d'ytterbium et/ou d'aluminium. On effectue de préférence ce dopage avec une concentration en ion(s) monovalent(s) située dans une plage comprise entre 0,01 % molaire et 6,0 % molaire et une concentration en ion(s) trivalent(s) située dans une plage comprise entre 0,1 % molaire et 6,0 % molaire.
7 De préférence, ce dopage combiné est mis en oeuvre de sorte que la concentration en ion(s) monovalent(s) et/ou la concentration en ion(s) trivalent(s) soit située dans une plage comprise entre 1,0 % molaire et 4,0 % molaire, en particulier dans une plage comprise entre 2,5 % molaire et 4,0% molaire. Lors de l'étape S2 on utilise de préférence pour le dopage combiné au moins des ions lithium et des ions lanthane. L'utilisation d'ions lithium et d'ions lanthane lors du dopage combiné permet d'obtenir un matériau céramique qui présente un coefficient piézoélectrique avantageux, une température de frittage relativement faible et/ou une température de mise en oeuvre relativement élevée lors d'une utilisation en tant que matériau piézoélectrique. Un tel matériau céramique peut avantageusement être utilisé pour la formation d'un élément sensible d'un détecteur piézoélectrique ou d'un élément variable d'un actionneur piézoélectrique. On peut en outre effectuer dans l'étape S2 en complément du dopage combiné par des ions lithium et des ions lanthane, un dopage par des ions fer, des ions argent, des ions potassium, des ions yttrium, des ions ytterbium et/ou des ions aluminium pour réduire la température de frittage, pour augmenter la température de fonctionnement et/ou pour améliorer le coefficient piézoélectrique.
Dans l'étape S2 le dopage du matériau par des composés ioniques combinés peut être mis en oeuvre de sorte que les ions soient insérés de façon ciblée dans un site du réseau cristallin du bismuth et du sodium, dans un site du réseau cristallin du baryum et du réseau cristallin de strontium, ou dans un site du réseau cristallin du baryum et du sodium. Les avantages d'une telle mise en oeuvre de l'étape de procédé S2 seront précisés ci-dessous en référence aux figures 3A à 3E. Le procédé représenté sur le schéma fonctionnel de la figure 1 peut constituer une partie d'un procédé d'obtention d'un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique.
8 La figure 2 est un schéma illustrant un mode de réalisation du dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique. Le dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique ainsi représenté schématiquement comporte au moins un cristal piézoélectrique 10 qui est réalisé sous la forme d'un élément sensible ou d'un élément variable. Dans le cas où le cristal piézoélectrique 10 fait fonction d'élément sensible, un dispositif de traitement associé 12 est utilisé pour prélever une tension U au bornes de celui-ci, et, pour déterminer une force ou une grandeur physique correspondante agissant sur le cristal piézoélectrique 10 en prenant en considération la tension U ainsi prélevée. Dans le cas ou le cristal piézoélectrique 10 fait fonction d'élément variable, le dispositif de traitement 12 est utilisé de façon à permettre d'appliquer sur ce cristal 10, une tension U/une charge de nature a entraîner une modification de son volume. Le dispositif actionneur et/ou détecteur représenté schématiquement peut par exemple constituer une sous unité d'un élément de réglage.
Il convient de noter que les possibilités d'utilisation du cristal piézoélectrique 10 décrit ne sont pas limitées à l'actionnement d'un élément de réglage. Le matériau céramique du cristal piézoélectrique qui sera décrit plus précisément dans la suite de cet exposé peut être utilisé de manière générale, pour des produits de type détecteur piézoélectrique ou des produits de type actionneur piézoélectrique, et par exemple également pour un élément d'entraînement piézoélectrique. Le mode de réalisation du cristal piézoélectrique 10 qui sera décrit plus en détail dans la suite de cet exposé permet de garantir une déviation/variation de volume de ce cristal piézoélectrique 10 précise et rapide en libérant des forces relativement élevées, ce qui permet de garantir un fonctionnement avantageux du dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique. Le cristal piézoélectrique 10 est constitué d'un matériau céramique à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum- strontium avec un dopage combiné pour une combinaison d'un ion monovalent de lithium, argent, et/ou potassium, et d'un ion trivalent de lanthane, fer, yttrium, ytterbium et/ou aluminium. De préférence, la concentration en ion(s) monovalent(s) 5 est située dans une plage comprise entre 0,1 % molaire et 6,0 % molaire. Dans le cas du ou des ion(s) trivalent(s), une concentration située dans une plage comprise entre 0,1 % molaire et 6,0 % molaire est également avantageuse. 10 La concentration en ion(s) monovalent(s) et/ou la concentration en ion(s) trivalent(s) est de préférence située dans une plage comprise entre 1,0 % molaire et 4,0 % molaire, en particulier dans une plage comprise entre 2,5 % molaire et 4,0 % molaire. De manière préférentielle, le matériau céramique 15 présente un rapport de mélange al(Bio.5Nao.5TiO3)+a2(BaTiO3)+a3(SrTiO3) selon lequel un point Po (al a2 a3) est situé dans une surface d'un triangle défini par les points P1 (al = 0.499, a2 = 0.001, a3 = 0.500), P2 (al = 0.988, a2 = 0.001, a3 = 0.001) et P3 (al = 0.500, a2 = 0.499, a3 = 0.001). 20 Le matériau céramique peut en particulier être le matériau (Bio.5-xNao.5-yXxYy)o.85Bao.12Sro.o3TiO3, (Bio.5Nao.o5)o.85(Ba 0.12 Sr 0.03)1-20/3(x+y)XXYyTiO3 ou le matériau (Bio.5Nao.5-yYy)0.85(Bao.12Sr0.03)1-20x/3XxTiO3, X représentant l'ion trivalent lanthane, fer, yttrium, ytterbium et/ou aluminium, et Y l'ion monovalent lithium, argent et/ou 25 potassium, et x = y = [1 à 6 % molaire]. De préférence, x = y = [1 à 6 % molaire]. Le matériau céramique peut également avoir la composition (Bio.5-XNao.5-yXXYy)o.92(Bao.8Sro.2)o.o8TiO3, ou (Bio.5Nao.5) 0.92(Bao.8Sro.2)0.08-20/3(x+y)XxYyTiO3 ou encore (Bao.5Nao.5- 30 yYy)o.92(Bao.8Sro.o2)0.08-20/3XxTiO3. En particulier dans le cas où X représente le lanthane et Y le lithium on peut ainsi garantir une température de frittage avantageusement basse, une température de fonctionnement relativement élevée et/ou un coefficient piézoélectrique relativement 35 élevé pour une utilisation en tant que matériau piézoélectrique.
l0 Les avantages ainsi décrits ne sont toutefois pas limités à l'utilisation d'ions lithium et d'ions lanthane pour le dopage combiné. En remplacement ou en complément du dopage combiné par des ions lithium et des ions lanthane, le matériau céramique peut aussi renfermer un composé ionique combiné quasi divalent comprenant des ions argent, potassium, fer, yttrium, ytterbium et/ou aluminium. Toutes les combinaisons des ions énumères sont avantageuses.
Le matériau céramique peut en particulier également renfermer des combinaison des ions énumérés dans lesquelles la concentration en lithium n'est pas égale à la concentration en lanthane. On peut ainsi optimiser de façon ciblée les possibilités d'utilisation du matériau céramique pour un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique. Comme il sera décrit plus en détail dans la suite de cet exposé, les ions de dopage peuvent être disposés de manière appropriée dans des sites déterminés du réseau cristallin du matériau céramique. Il convient toutefois de préciser que le matériau céramique du cristal piézoélectrique 10 n'est pas défini par un rapport baryum-strontium donné. Par exemple, les composants titanate de baryum et titanate de strontium peuvent être modifiés de sorte que la concentration en strontium soit située dans une plage comprise entre 0 et 25 % molaire et/ou que la concentration en baryum soit située dans une plage comprise entre 0 et 50 % molaire. Le matériau céramique constitutif du cristal piézoélectrique 10 est de préférence un matériau céramique exempt de plomb.
Dans la mesure où les matériaux énumérés ci-dessus présentent un bon coefficient piézoélectrique et une température de fonctionnement relativement élevée lorsqu'ils sont utilisés en tant que matériaux piézoélectriques, une addition de plomb n'est pas nécessaire.
11 Ainsi, la fabrication, la gestion des déchets et/ ou le recyclage du matériau céramique peuvent être réalisés sans problème par des techniques écologiques. Le matériau céramique du cristal piézoélectrique 10 peut par exemple être obtenu facilement et de façon peu onéreuse par la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Les figures 3A à 3E sont des courbes illustrant les propriétés de onze exemples sélectionnés de matériau céramique. Sur les courbes des figures 3A à 3E les abscisses correspondent aux tensions U (en kV/pm) qui ont été appliquées à chacun des matériaux céramiques. Les ordonnées des courbes des figures 3A à 3C correspondent aux coefficients piézoélectriques d (réels) (en pm/V) des matériaux céramiques déterminés pour les tensions U.
Sur les figures 3D et 3E les ordonnées représentent la dilatation A du matériau céramique (en %) pour l'application d'une tension U. Lors de l'analyse des onze exemples de matériau céramique on a également déterminé dans un but comparatif le coefficient piézoélectrique (réel) d de (Bio.5Nao.5)o.85Bao.12Sro.o3TiO3 (BNBST-12-3) pour chacune des tensions U. Les valeurs ainsi déterminées des coefficients piézoélectriques (réels) d de BNBST-12-3 sont reportées en tant que courbe 20 sur les figures 3A à 3C.
Les matériaux céramiques correspondant aux autres courbes 30 à 36, 40 à 44 et 50 à 56, sont des matériaux céramiques à base de titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium dopés par des composés ioniques combinés de lithium-lanthane. On a utilisé différentes formulations A, B et C pour la préparation des onze exemples. Les courbes 30 à 36 de la figure 3A reproduisent les coefficients piézoélectriques (réels) dans le cas d'une formulation A avec une substitution isovalente. La substitution isovalente peut être représentée de la manière suivante :
12 Formulation A : (Bio.s-XNao.5_yLaXLiy)o.s5Bao.12Sro.o3TiO3, dans laquelle x = y = [1, 2, 3, 4 % molaire]. Ainsi, dans la formulation A les ions lithium sont de préférence insérés dans un site du réseau cristallin du sodium et les ions lanthane sont en particulier insérés dans un site du réseau cristallin du bismuth. Les concentrations se situent respectivement à 1 % molaire (courbe 30), 2 % molaire (courbe 32), 3 % molaire (courbe 34) et 4 % molaire (courbe 36).
Il résulte en particulier d'une comparaison des courbes 20 et 30 à 36 que dans une plage de tension U allant de 3 à 4 kV/pm tous les composés de formulation A ont un coefficient piézoélectrique réel d augmenté par rapport à celui de BNBST-12-3. Les matériaux céramiques correspondant aux courbes 30 à 36 sont ainsi des matériaux ferroélectriques plus durs que BNBST-12-3. Les matériaux céramiques correspondant aux courbes 40 à 44 de la figure 3b présentent une formulation B avec une insertion préférentielle/ciblée des ions lanthane et des ions lithium dans des sites du réseau cristallin du baryum et du réseau cristallin du strontium selon : Formulation B : (Bio.sNao.5)o.85(Bao.12Sro.03)1-20/3(x+y)LaxLiyTiO3 dans laquelle x = y = [1, 2, 4 % molaire]. La concentration en lanthane est similaire à la concentration en lithium et est respectivement de 10 % molaire (courbe 40), de 2 % molaire (courbe 42) et de 4 % molaire (courbe 44). Les matériaux de formulation B ayant des concentrations de 1 % molaire et 2 % molaire (courbes 40 et 42) présentent, par rapport à BNBST-12-3 (courbe 20) un taux de dilatation amélioré en particulier dans une plage de tension U comprise entre 3 et 4 kV/pm. Une formulation C correspondant aux courbes 50 à 56 est représentée ci-dessous : Formulation C : (Bio.s-XNao.5_yLiy)o.ss(Bao.12Sro.o3)1-2ox/3Lax TiO3, x = y = [1, 2, 3, 4 % molaire].
13 Dans la formulation C les ions lithium sont de façon ciblée/de préférence, insérés dans des sites du réseau cristallin du sodium tandis que les ions lanthane sont insérés dans des sites du réseau cristallin du baryum.
Les concentrations similaires en ions lithium et en ions lanthane sont de 1 % molaire (courbe 50), de 2 % molaire (courbe 52), de 3 % molaire (courbe 54) et de 4 % molaire (courbe 56). Il résulte d'une comparaison des courbes 20 et 50 à 56, que dans le cas d'un matériau céramique de formulation C et pour une concentration en lanthane et une concentration en lithium de 1 0/0 molaire (courbe 50) on obtient un taux de dilatation avantageux de ce matériau céramique pour une plage de tension U comprise entre 3 et 4 kV/mM. En résumé, il a pu être établi que de nombreux matériaux céramiques parmi les matériaux céramiques correspondant aux courbes 30 à 36, 40 à 44 et 50 à 56 présentent un coefficient piézoélectrique d amélioré par rapport à celui de BNBST-12-3 (courbe 20). Parmi tous ces matériaux céramiques, le matériau de formulation A avec une concentration en lanthane et une concentration en lithium de 2 % molaire (courbe 32) et le matériau de formulation C avec une concentration en lanthane et une concentration en lithium de 1 % molaire (courbe 50) présentent par rapport à BNBST-12-3 un coefficient piézoélectrique (réel) d fortement augmenté dans une plage de tension U comprise entre 3 et 4 kV/mm. Ainsi, l'utilisation de ces matériaux céramiques est en particulier très avantageuse. Les matériaux céramiques correspondant aux courbes 30, 34, 36, 40 à 44 et 52 à 56 révèlent un comportement ferroélectrique typique. Les matériaux céramiques correspondant aux courbes 32 et 50 révèlent un comportement différent qui peut être qualifié de typiquement anti-ferroélectrique. Les figures 3D et 3E représentent des courbes d'hystérésis de dilatation du matériau céramique de formulation A avec
14 une concentration en lanthane et une concentration en lithium de 4 0/0 molaire (courbe 60) et du matériau céramique de formulation C avec une concentration en lanthane et une concentration en lithium de 1 0/0 molaire (courbe 62). s

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1 °) Matériau céramique (10) pour un dispositif actionneur et/ou un dispositif détecteur piézoélectrique à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium, caractérisé par un dopage combiné par des composés ioniques combinés, comprenant un ion monovalent de lithium, argent, et/ou potassium, et un ion trivalent de lanthane, fer, yttrium, ytterbium et/ou aluminium. 2°) Matériau céramique (10) selon la revendication 1, présentant une concentration en ion(s) monovalent(s) située dans une plage comprise entre 0,1 % molaire et 6,0 % molaire et une concentration en ion(s) trivalent(s) situées dans une plage comprise entre 0,1 % molaire et 6,0 % molaire. 3°) Matériau céramique (10) selon la revendication 1 ou 2, dopé par des composés ioniques combinés, renfermant des ions lithium et des ions lanthane. 4°) Matériau céramique (10) selon la revendication 3, dans lequel la concentration en ions lithium diffère de la concentration en ions lanthane. 5°) Matériau céramique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, présentant un rapport de mélange al(Bio.5Nao.5TiO3)+a2(BaTiO3)+a3(SrTiO3) de titanate de bismuth-sodium, de titanate de baryum et de titanate de strontium, un point Po (al a2 a3) étant situé dans une surface d'un triangle défini par les points Pi (al = 0.499, a2 = 0.001, a3 = 0.500), P2 (ai = 0.988, a2 = 0.001, a3 = 0.001) et P3 (al = 0.500, a2 = 0.499, a3 = 0.001). 6°) Matériau céramique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel au moins 10 % des ions monovalents de dopage sont situés dans un site de réseau cristallin du sodium, et au moins 10 % 4 16 des ions trivalents de dopage sont situés dans un site du réseau cristallin du bismuth. 7°) Matériau céramique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel au moins 10 % des composés ioniques combinés de dopage sont situés dans un site du réseau cristallin du baryum-strontium. 8°) Matériau céramique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins 10 % des ions monovalents de dopage sont situés dans un site du réseau cristallin du sodium et au moins 10 % des ions trivalents de dopage sont situés dans un site du réseau cristallin du baryum. 9°) Matériau céramique 10 selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, constitué par le matériau (Bio.s-XNao.5_yXXYy)o.s5Bao.12Sro.o3TiO3, ou le matériau (Bio.sNao.$) o.s5(Bao.l2Sro.o3)1-2o/3(x+y)XXYyTiO3 ou le matériau (Bio.sNao.5-yYy)o.ss(Bao.12Sro.o3)1-2ox/3XxTiO3, X représentant un ion trivalent de lanthane, de fer, d'yttrium, d'ytterbium et/ou d'aluminium et Y représentant un ion monovalent de lithium, d'argent et/ou de potassium et x = y = [1 à 6 % molaire]. 10°) Dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique comportant un élément sensible et/ ou un élément variable réalisé à partir d'un matériau céramique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11 °) Elément de réglage comportant un actionneur piézoélectrique comprenant un élément variable réalisé à partir d'un matériau céramique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 12°) Procédé d'obtention d'un matériau céramique (10) pour un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique comportant l'étape consistant à doper un matériau à base d'au moins du titanate de bismuth-sodium-baryum-strontium par des composés ioniquescombinés, comprenant un ion monovalent de lithium, d'argent, et/ou de potassium, et un ion trivalent de lanthane, de fer, d'yttrium, d'ytterbium et/ou d'aluminium. 13°) Procédé d'obtention d'un dispositif actionneur et/ou détecteur piézoélectrique comportant l'étape consistant à former un élément sensible et/ou un élément variable à partir d'un matériau céramique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ou par en préparant un matériau céramique (10) de l'élément sensible et/ou de l'élément variable selon le procédé conforme à la revendication 12. 14°) Procédé d'obtention d'un élément de réglage comportant l'étape consistant à former un élément variable de l'actionneur piézoélectrique de l'élément de réglage à partir d'un matériau céramique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ou en préparant un matériau céramique (10) de l'élément variable selon le procédé conforme à la revendication 12.20
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