Elaboration et caractérisation d'un matériau à gradient de fonction
Creators: name: Baraa SAIDANI
name: ZGHAL, Jihed
name: Bregiroux, Damien
name: Cedelle, Julie
name: Chevallier, Gaël
name: Petit, Johann
name: BRUANT, Isabelle
Publisher: name: Zenodo
Year: 2023
Subjects: Matériaux FGM
caractérisation mécanique
loi de puissance
Spark Plasma Sintering (SPS)

description: Au cours des dernières années, une nouvelle catégorie de matériaux composites appelés FGM (Functionally Graded Materials) a été développée, initialement pour résoudre des problèmes thermiques [1]. Ces matériaux se distinguent par le fait qu'ils présentent des propriétés qui évoluent de manière continue le long d'une ou plusieurs directions. Cette caractéristique découle de l'association de deux matériaux distincts, chacun ayant des propriétés structurales et fonctionnelles spécifiques, et d'une transition progressive entre les deux. Ces propriétés sont régies par la loi d’homogénéisation suivante : \(P(z)=(P_m-P_c\ )\ (V_m\ (z))^k+P_c\ \ \ \ \ \ \ \ avec\\ \ \ V_m\ (z)=z/h\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ z\in[0,h]\) où \(P_m\) et\(P_c\)<sub> </sub>sont les propriétés des deux matériaux, \(k\) l’indice de fraction dépendant de la propriété considérée. Plus récemment, ces matériaux ont été étendus aux matériaux piézoélectriques, formant les FGPM (Functionally Graded Piezoelectric Materials). Les travaux effectués au LEME ont montré l'intérêt de ces matériaux en contrôle actif de vibrations [2, 3]. Cependant, il y a encore des lacunes dans la modélisation de la variation des propriétés mécaniques et piézoélectriques du FGPM en fonction de la composition et de la microstructure, ainsi que dans la fabrication des FGPM. L'objectif de notre étude consiste donc à fabriquer et caractériser un FGPM. Pour ce faire, la première étape consiste à élaborer un FGM, suivi d'une polarisation pour obtenir un FGPM. Afin de mener à bien cette étude, nous avons élaboré un FGM de Ni-BaTiO3 en utilisant la méthode de frittage Spark Plasma Sintering (SPS). Ce matériau est composé de cinq couches, avec une variation progressive de la teneur en Ni de 0% à 100%. Pour estimer la variation des propriétés mécaniques dans l'épaisseur du FGM, 5 mélanges homogènes (100% BaTiO3, 75% BaTiO3 - 25% Ni, 50% BaTiO3 - 50% Ni, 25% BaTiO3 - 75% Ni et 100% Ni) ont été frittés. Dans le but d'observer l'impact de la polarisation sur leurs propriétés (dans le cadre de travaux futurs), des tests non destructifs sont réalisés dans ce travail. La densité, la dureté Vickers, le module de Young et le coefficient de Poisson ont été mesurés. Les résultats de chaque monolithique nous permettent d’identifier la loi de puissance qui régit la variation de chaque propriété dans l'épaisseur du FGM. <strong>Références </strong> [1] I. Elishakoff, D. Pentaras, and C. Gentilini, Mechanics of functionally graded material structures. 2015. [2] J. Maruani, Contrôle actif des vibrations de structures élancées FGPM, Thése , Université Paris Nanterre, 2019. [3] J. Maruani, I. Bruant, F. Pablo, and L. Gallimard, Active vibration control of a smart functionally graded piezoelectric material plate using an adaptive fuzzy controller strategy, J. Intell. Mater. Syst. Struct., vol. 30, no. 14, pp. 2065–2078, Aug. 2019.