Etude des frottements internes dans le tellurure de bismuth prepare par extrusion
Year: 2010

Dans ce travail nous avons realise au laboratoire un montage experimental qui permet l'etude, en fonction de la temperature, des frottements internes (IF) et la determination de la constante de Young, par spectroscopie mecanique, des tiges thermoelectriques des alliages semiconducteurs a base de tellurures de bismuth elaborees par extrusion a chaud. Le principe du montage repose sur l'excitation mecanique des echantillons et l'enregistrement du signal de la reponse acoustique resultant. Apres extraction de la frequence naturelle de vibration, il est possible de determiner le module de Young et le frottement interne pour la tige en etude. Cette technique d'excitation par impulsion est non destructive et ne necessite pas de couper les echantillons et ainsi degrader leurs proprietes mecaniques. Ceci nous permettra de mieux controler les pieces apres elaboration et de nous assurer de leur qualite avant utilisation. Les resultats obtenus de la variation des frottements internes en fonction de la temperature ont montre une difference de comportement avec la temperature entre les echantillons de tellurures de bismuth de type N et P. Des traitements de ces resultats ont permis de tirer des lois de comportement pour les deux types d'alliages thermoelectriques. Ce meme traitement permet la determination d'une energie d'activation associee a la variation de frottement interne (IF) en fonction de la temperature, qui suit une loi exponentielle. Des mecanismes de dissipation de l'energie elastique ont ete suggeres. La variation exponentielle est limitee par un plateau aux basses temperatures. Ceci a ete interprete par la structuration a une echelle nanometrique de notre materiau. L'influence de la presence de fissures sur les mesures de frottements internes a ete etudiee. Pour une certaine gamme de temperatures (de 100 a 200degC) les valeurs de IF augmentent tres rapidement et atteignent des valeurs tres elevees (entre 10 2 et 10 1) Aux temperatures correspondant aux frottements internes tres eleves, nous avons obtenu une augmentation de la frequence naturelle et du module de Young. Une longue tige coupee en trois morceaux a ete etudiee pour verifier sa non homogeneite. Aux basses temperatures, la partie qui correspond a la fin de l'extrusion presente des IFs plus eleves. Le module de Young est plus faible dans la partie qui correspond au debut de l'extrusion.  In this work, we realized an experimental set up in the laboratory in order to study the internal friction of rods of bismuth telluride based alloys as a function of temperature, and to determine their Young's modulus by mechanical spectroscopy. Bismuth telluride alloys are semiconductor materials, which we obtain by mechanical alloying and hot extrusion. The set up provides the mechanical excitation of the sample and a registers the resultant acoustic signal response. Following the extraction of the vibration natural frequency, it is possible to determine Young's modulus and the internal friction (IF) of the studied rod. This impulse excitation technique (IET) is non destructive and does not require cutting the analyzed samples and thus preserves their mechanical properties undamaged. This allows a better evaluation and control of the mechanical properties of the elaborated samples and ensures their quality before processing for thermoelectric module fabrication. The obtained results of the variation of internal frictions as a function of temperature showed a difference in behavior between the N and P type bismuth telluride based alloys. Data treatments permitted to draw behavior laws for both types of thermoelectric alloys. The treatment also permits the determination of an activation energy associated with the exponential law variation. Mechanisms of the elastic energy dissipation have been suggested. The exponential variation of the internal friction is limited by a plateau in the region of low temperatures. This was interpreted as arising from the nanometric structure of our bulk material. The influence of the presence of cracks in defective rods on internal frictions measurements has been investigated. In a certain temperature range (100 200degC) the IF values increase rapidly to reach very high values 10 2) At temperatures corresponding to higher internal frictions, we obtained an increase in the oscillation natural frequency and in Young's modulus. A long rod cut in three parts was studied to check its non homogeneity. At low temperatures, the part corresponding to the end of extrusion presents higher IF. Young's modulus is smaller in the part corresponding to the beginning of the extrusion. This might be due to the fact that this latter part of the rod is more porous and less dense than the other two parts.