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20 Chapitre I : Etude bibliographique
Un dopage usuel est celui réalisé avec de l’oxyde d’yttrium: Y2O32Y'Zr+V0°°+3Oo x
avec la notation de Kroger Vink (V0°° est la concentration de lacunes anioniques). La poudre
de zircone stabilisée à l’oxyde d’yttrium s'appelle alors Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) ou
zircone partiellement stabilisée à l’oxyde d’yttrium (Partially Yttria Stabilised Zirconia :
PYSZ) lorsqu’elle est sous forme tétragonale non transformable. Pour stabiliser cette structure
à des températures plus basses que 2370°C, un certain nombre d’ion Zr 4+ doit être remplacé
par d’autres cations possédant un état d’oxydation plus bas, ce qui crée des lacunes
d’oxygène. Notons que la zircone a naturellement 4,1 % de lacunes d’oxygène.
Le mécanisme de dopage, [Desportes et al, 1994], association d’un cation 3+ avec une
seule lacune en oxygène (Par exemple Y 3+ dans ZrO2), est expliqué grâce à (I-5).
(I-5)
⎧
⎨Y
⎩
..
.
⎫
⎬
⎭
,
,
M V O = YM
+
L’expression de la conductivité dans la zircone stabilisée est donnée par (I-6), (I-7), (I-8) et
(I-9). La conductivité ionique de la zircone stabilisée a un comportement de type Arrhénius
avec la température et dépend aussi fortement de la microstructure, de la cohésion des grains,
du taux d'impuretés. Cette dépendance est surtout vraie pour des températures inférieures à
700°C ; au-delà elle devient négligeable [Minh, 1993], [Gordon], [Kittel, 1993]
(I-6) σ Τ=
( A'/ W ) exp( ∆S
A 1/ k)
exp[
( −∆H
m + ∆H
A1)
/ kT ]
Où : σ Τ la conductivité électrique totale de la zircone en S.m -1 , W le nombre d’orientation
des associés, ∆S 1A est l’entropie d’association en J/mol.K, ∆H 1A l’enthalpie d’association en
J/mol, ∆Hm l’enthalpie d’activation de diffusion en J/mol.
Avec
, 2 2
(I-7) = ( q kW ) a v N ( ∆S
/ k)
x exp(
∆S
/ k)
A 0 0 exp m
A1
Où : q la charge en C, k la constante de Bolztmann 1,38*10 -23 J/K.mol, T la température en K,
a distance de saut d’une lacune en m, ν0 fréquence appropriée de vibration de la maille en Hz,
∆Sm entropie d’activation de diffusion en J/mol.K, ∆Hm l’enthalpie d’activation de diffusion
V
..
en J/mol, N0 le nombre de lacune.
(I-8) E a = ∆Η m + ∆Η Α est l’énergie d’activation
O