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Numéro
J. Phys. III France
Volume 4, Numéro 7, July 1994
Page(s) 1165 - 1187
DOI https://doi.org/10.1051/jp3:1994193
DOI: 10.1051/jp3:1994193
J. Phys. III France 4 (1994) 1165-1187

Propriétés électrostrictives de céramiques massives du type PbMg 1/3Nb 2/3O 3 (PMN)

E. Lattard, M. Lejeune and P. Abelard

Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle, LMCTS URA 320, 47 à 73 Av. Albert Thomas, 87065 Limoges, France

(Reçu le 5 novembre 1993, révisé le 28 février 1994, accepté 29 mars 1994)

Abstract
Loop hysteresis, dielectric and electrostrictive properties of bulk ceramics ( 1 - x) PbMg 1/3Nb 2/3O 3 - xPbTiO 3 - yMgO for x = 0, 5, 10 % and y = 0, 6, 12 % have been investigated. An initial lead oxide magnesium excess stabilises the perovskite structure during its formation and leads to an improvement of the electrical properties. These materials are relaxor type ferroelectrics with high permittivities in a large space of temperature around $- 12~^\circ$C for $x = 0~\%$ to $+ 45~^\circ$C for $x = 10~\%$. They exhibit, at $25~^\circ$C, large electrostrictive longitudinal ( $x_3 = \Delta e/e$) and transversal ( $x_1 = \Delta d/d$) strains without hysteresis, under an electric field of $\pm 2$ kV/mm and at low frequency ( F = 20 mHz) : $x_3 = 3.5 \times 10^{-4}$ and x1 =10-4 for PMN 0.12-MgO and x3 = 10-3 and $x_1 = 2 \times 10^{-4}$ for 0.9 PMN-0.1 PT-0.12 MgO. Additions of titanium improve the polarization of material which largely contribute to large strains whereas electrostrictive coefficients Qij ( $x_i = Q_{ij} \cdot P_j^2$), determined at $25~^\circ$C, slightly increase with PbTiO 3 percent (for a constant magnesium excess).

Résumé
Les propriétés diélectriques, d'hystérésis de polarisation et électrostrictives (déformation sous champ électrique) ont été étudiées sur des composés massifs du type (1 - x) PbMg 1/3Nb 2/3O 3 - xPbTiO 3 - y Mgo pour x = 0, 5, 10 % et y = 0, 6, 12 %. L'excès initial d'oxyde de magnésium stabilise la phase pérovskite lors de sa formation et permet d'éviter la dégradation des propriétés électriques observée sur un composé de type PMN stoechiométrique. Ces matériaux sont des relaxeurs ferroélectriques caractérisés par une transition ferroélectrique diffuse. Les permittivités sont élevées dans un domaine de température centré autour de $- 12~^\circ$C pour $x = 0~\%$ à $+ 45~^\circ$C pour $x = 10~\%$. Ils présentent, à $25~^\circ$C, des déformations notables en mode longitudinal ( $x_3 = \Delta e/e)$ et transversal ( $x_1 = \Delta d/d)$, dépourvues d'hystérèse, d'origine électrostrictive (pour des champs électriques de l'ordre du kV/mm, à très basse fréquence, F = 20 mHz), soit quand $E = \pm 2$ kV/mm, $x_3 = 3,5 \times 10^{-4}$ et x1 = 10-4 pour PMN-0,12 MgO, et x3 = 10-3 et $x_1 = 2 \times 10^{-4}$ pour 0,9 PMN-0,01 PT-0, 12 MgO. L'apport de titane permet d'augmenter la polarisabilité, facteur prépondérant à de grandes déformations. Parallèlement, les coefficients électrostrictifs Qij $(x_i = Q_{ij} \cdot p^2_j)$, calculés à $25~^\circ$C, croissent faiblement lorsque le pourcentage de PbTiO 3 augmente, à taux de magnésium constant.



© Les Editions de Physique 1994