Effets de la taille des grains sur les propriétés diélectriques du relaxateur ferroélectrique Pb(Mg _1/3Nb _2/3)O ₃

(Reçu le 5 novembre 1993, revisé et accepté le 13 avril 1994)

Abstract
The role of particle and grain size on the dielectric behavior of the perovskite relaxor ferroelectric Pb(Mg _1/3Nb _2/3)O ₃ (PMN) were investigated. Ultra-fine powders of PMN were prepared using a reactive calcination process. Reactive calcination, the process by which morphological changes take place upon reaction of the component powders, produced particle agglomerates less than 0.5  m. Through milling, these structures were readily broken down to nanometric sizes. Sintering, assisted by hot uniaxial pressing, below the temperature of liquid formation of 835 C, allowed the fabrication of highly dense materials with a grain size less than 0.3  m. The dielectric and related properties were determined for samples having grain sizes in the range of 0.3  m to 6  m. Characteristic of relaxors, frequency dependence ( K and loss), and point of were found to be related to grain and/or particle size and secondarily to the processing conditions. An intrincis-microdomain perturbation concept was proposed to interpret observed scaling effects of the relaxor dielectric behavior in contrast to normally accepted extrinsic grain boundary models.

Résumé
Nous avons étudié les effets de la taille des grains sur les propriétés diélectriques des relaxateurs ferroélectriques Pb(Mg _1/3Nb _2/3)O ₃ (PMN). La synthèse de poudres très réactives de PMN a été réalisée par un procédé de calcination réactive. Ce procédé, grâce à des changements morphologiques lors de la réaction des différents composants, permet d'obtenir des particules dont la taille est inférieure à 0,5  m. Par broyage, ces structures sont facilement désagrégées en des particules de tailles nanométriques. L'utilisation du frittage sous charge uniaxiale en dessous de la température de formation de la phase liquide de 835 C nous a permis de fabriquer des matériaux denses avec une taille de grains inférieure à 0,3  m. Les propriétés diélectriques ont été déterminées pour des matériaux ayant des tailles de grains comprises entre 0,3  m et 6  m. Les caractéristiques des relaxateurs, telles que la dépendance en fréquence de la constante diélectrique  K, la température du maximum de K sont conditionnées par la taille des grains ou/et des particules et par les conditions de préparation. Un concept de perturbation intrinsèque de microdomaines a été proposé pour interpréter les effets microstructuraux sur le comportement diélectrique des relaxateurs par opposition aux modèles extrinsèques de joints de grains utilisés couramment.