Materiaux piézoélectriques pour moteurs ultrasonores performances requises et problèmes technologiques

For many years ultrasonic piezoelectric motors are the subject of a great number of papers and patents. The submitted structures yield a great variety of piezoceramics shapes, of the excitation mode and the applied electric fields. The main required properties of the active materials are presented on the basis of the figure of merit (coupling factor, electromechanical transformer ratio) and on the basis of losses and aging as well. The significant technological problems presented by some structures are analysed : reverse polarizations into a same ceramic, strong silkscreen printing, achievement of a strong, conductive and non absorbing, metal-ceramic bond,... At last an industrial outlet of piezoelectric motors will mainly depend on the upper cost limit of piezoceramics when built in great number. Such a cost will be bound to the required geometries and machining.Les moteurs piézoélectriques ultrasonores font depuis plusieurs années l'objet de très nombreuses publications et brevets. La diversité des structures proposées entraîne une grande variété des formes des céramiques piézoélectriques, de leur mode d'excitation et des champs électriques appliqués. Les principales performances requises des matériaux actifs sont présentées tant sur le plan des facteurs de mérites (facteur de couplage, rapport de transformation électromécanique, ... ) que sur celui des pertes ou du vieillissement. Les importants problèmes technologiques posés par certaines structures sont analysés : polarisations inversées dans une même céramique, sérigraphies résistantes, réalisation de liaisons céramiques-métal solides, conductrices et non amorties... Enfin le débouché industriel des moteurs piézoélectriques dépendra essentiellement du coût limite en fabrication de masse des éléments céramiques, piézoélectriques qui restera très lié aux géométries et aux usinages exigés

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE DU FONCTIONNEMENT D'UN TRANSDUCTEUR DE TYPE TONPILZ

Le but de cette étude est de mieux comprendre le fonctionnement d'un transducteur de puissance de type Tonpilz. Des études électriques, mécaniques et thermiques dans l'air ont mis en évidence le problème des pertes.The object of this study is to understand the working of a Tonpilz power transducer. Electrical, mechanical and thermal studies in air clearly show the importance of losses

Matériaux électrostrictifs pour actuateurs

Electrostrictive ceramic materials with a large electrostriction coefficient are intensively investigated for some displacement transducers. In order to obtain materials as good as PMN-PT, a material newly developed but not very easy to prepare, a solid solution of PZT type widely substituted with Sr-Ba ions has been studied. Two methods of preparation were used : a conventional solid one and a coprecipitation one which allows the fabrication of ceramics with a better density and an uniform grain size. In this paper it is shown that the sintering conditions have an influence both on the magnitude and on the hysteresis of the field induced strain. A comparison of the electrostrictive constants of the PZT selected composition with PMN-PT and PLZT ceramics is given.Les matériaux électrostrictifs sous forme de céramique, à fort coefficient d'électrostriction, sont très recherchés pour certains transducteurs de déplacement. La recherche de matériaux aussi performants que le PMN-PT, matériau le plus utilisé actuellement, nous a amenés à étudier une composition du type PZT fortement substituée par des ions Sr-Ba et de préparation plus aisée. Deux méthodes de fabrication sont utilisées : la voie solide classique et la coprécipitation qui permet d'obtenir des céramiques plus denses et de granulométrie plus régulière On montre dans cette étude que les conditions de frittage ont une influence à la fois sur l'amplitude et l'hystérésis de la déformation. Une comparaison des constantes électrostrictives du composé choisi avec des céramiques PMN-PT et PLZT est donnée

Electromechanical characterization and modelling of piezoelectric thick films

Polycrystalline Pb(ZrxTi1-x)O3 thick films have been prepared by spin-on and rapid sintering in a conventional oven. The remanent polarization and coercive field of a 80 µm thick film are studied versus the applied field. Modellings from the admittance curves and from a modified Mason circuit can explain that the weaker electromechanical characteristics of the PZT layer against the bulk material are due both to the porosity and to the existence of an inactive layer. A characterization by the beam method shows a good correlation between the theoretical and experimental resonance frequencies

Caractérisation de la stabilité d'un élément piézoélectrique du type PZT sous compression uniaxiale rapide

The purpose of this paper is the characterization of lead zirconate titanate piezoelectric ceramics suitable for reversible impact-striking applications. Energy-measurements and stability tests under various pulse-width impacts were achieved ; it is found that the main parameters are the following : the stability is a decreasingfunction of this pulse-width ; both efficiency and stability of material depends on the vacancy-state and electric balance of this composition, as also on the Zr/Ti ratio.Le présent article concerne la caractérisation de céramiques piézoélectriques au zirconotitanate de plomb destinées à l'allumage réversible par impact. Les mesures d'énergie complétées par des tests de stabilité sous 400 impacts de durée différente font apparaître les paramètres essentiels suivants : la stabilité est une fonction décroissante de cette durée ; la qualité du matériau dépend de l'état lacunaire et de l'équilibre électrique de sa composition ainsi que du rapport des concentrations en zirconium et en titane