«nouveaux matériaux» - wordpress.com · 2016. 12. 7. · alliages amorphes _ l’alliage...
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Excentricitésamorphes&quasi-cristallines
« NouveauxMatériaux »
Voix1:
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2cheminspourfairedesamorphes:• Tremperunliquidesansluilaisserletempsdecristalliser• Mettrelematériauhorséquilibreviaunforçageextérieur
T
Tf
Liquide
Solide
Tauxderefroidissementcritique
Amorphe
AlliagesAmorphes
Tc
Tg
Tc :températuredecristallisationTg :températuredetransitionvitreuse
• Irradiation• Déformationmécaniqueintense• Hydrogénation• interdiffusion
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AlliagesAmorphes
_ l’alliage contient au moins 3 éléments majeurs (par ex : CuZrAl, CuZrAlNi, CuZrAlNiTi)– un couple, parmi les éléments, présente un eutectique profond– les couples d’atomes présentent des enthalpies de mélanges élevées et négatives– les atomes présentent des différences de rayons atomiques d’au moins 12 % (𝛿)
Critèresd’amorphisation
– alliages de métaux de transition comprenant autour de 20 %at de métalloïdes (B, C, Si, P)
– alliages entre métaux de transition Fe, Co, Ni, Cu avec les métaux des groupes IV et V, Ti, Zr, Nb
– alliages entre métaux du groupe IIA, Mg, Ca, Sr avec les métaux Al, Zn, Ga
Compositionamorphisable
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AlliagesAmorphes
F. Delogu Materials Science and Engineering A 383 (2004) 252–258
Expansionvolumiquedanslesalliagesjusqu’àamorphisation
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ElasticitédesalliagesAmorphes
Comparaisonamorphes– matériauxcristallins
𝐵 ∝𝑈'𝑅)
B:ModuleélastiqueUd :énergiedecohésionR0 :distancepremiersvoisinsmoyenne𝜈 :coefficientdePoisson
Base Verresmétalliques Elément cristallin
B 𝜈 B(Gpa) 𝜈Cu 105-155 0,36-0,4 110 0,33
Fe 160 0,27-0,3 175 0,31
Zr 110 0,35 90 0,34
Iln’yapasdedifférencefondamentaleentrel’étatamorpheetl’étatcristallind’unpointdevuedel’élasticité(i.e delacohésion)
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Spécificitédelarupture
Fe65-xMo14C15B6Erx
ParcontrelecomportementàlarupturepeutdépendreducoefficientdePoisson(i.e delarelaxationduvolumelibreinterne)
x
M.M. Trexler, N.N. Thadhani / Progress in Materials Science 55 (2010) 759–839
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AlliagesAmorphes
Legrandintérêtdesamorphesestleurduretéexceptionnelle
A. Inoue, A. Takeuchi / Acta Materialia 59 (2011) 2243–2267
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AlliagesAmorphes
Legrandintérêtdesamorphesestleurduretéexceptionnelle
L’absencededislocationdanslesamorphespermetd’êtredansledomaineélastiquejusqu’àdesdéformationsélevées!
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Comportementplastiquedesamorphes
C.A. Schuh et al. / Acta Materialia 55 (2007) 4067–4109
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Résistanceàlaflexion
Zr57Nb5Al10Cu15.4Ni12.6
C.A. Schuh et al. / Acta Materialia 55 (2007) 4067–4109
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Rupturedesamorphes
Surfacederupturedanslazonedesinstabilitésplastiques(ruptureadiabatique)
C.A. Schuh et al. / Acta Materialia 55 (2007) 4067–4109
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Mécanismedelocalisation
Formationdenanocristaux danslesbandesdecisaillement?
Cu50Zr50
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CompositesAmorphe-cristallins
Précipités 𝛽(Zr71Ti16.3Nb10Cu1.8Ni0.9) dans une matrice amorphe decomposition Zr47Ti12.9Nb2.8Cu11Ni9.6Be16.7.
M
M.M. Trexler, N.N. Thadhani / Progress in Materials Science 55 (2010) 759–839
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quasi-cristaux
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Définitiond’uncristal
Atoms inacrystal arearranged inapatternthat repeats itself inthree dimensionsthroughout theinterior ofthecrystal“StructureofMetals”,Barrett andMassalski,1966
…Bycrystalwemeananysolidhavinganessentiallydiscretediffractiondiagramandbyaperiodiccrystalwemeananycristalinwhichanthreedimensionallatticeperiodicitycanbeabsent.Internationalunionofcrystallography,ActaCryst.A48(1992)922
Del’espaceréel:
Al’espaceréciproque:
14réseauxdeBravais,32groupesponctuels230groupesd’espace
Seuleslesrotationsd’ordre1,2,3,4et6sontpossibles(Tr(𝛼.) = 1 + 2𝑐𝑜𝑠𝜃 ∈ ℕ)
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Leclichéquiacristallisélescritiques…
AlliageAl-[18-23]%wtMn D.Shechtman,I.A.Blech,D.Gratias,J.W.Cahn,PRL(1984)D.Shechtman,I.A.Blech,Met.Trans.(1985)
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MatériauxQuasicristallins
D.Schechtman,conférenceNobel2011
ClichédeLauë Rx entransmissiondei-ZnMgHo (An-PanTsaï,1987)
Ho:HolmiumCeclichéLauë obtenusurmonocristalaachevédeconvaincrelacommunauté(Rx sondemacroalorsqueleMETestunesondelocale)
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auto-similarité parchangementd’échelle(leremplissageduplanestdense)
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Générationd’unestructureapériodiqueparprojectiond’unestructurepériodique:chainedeFibonacci
Lastructurepériodiqueconsidéréeestconstituéedel’ensembledespointsàcoordonnéesentièressituéesentrelesdeuxdroitesdepenteégalesàl’inversedunombred’oretdécaléesurl’axedesordonnéesd’unefoislenombred’or.
Onprojetteorthogonalementcespointssurladroitequipasseparl’originedurepère:séquencedeFibonacci.
lim
𝐹
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Al-Li-Cu
Mg-Zn-Ga
Mg-Pd-Al
Al-Cu-(Fe,Ru,Os)
Al-Pd-(Mg,Re)
Zn-Mg-Re
Cd-(Ca,Yb)
• Denombreuxcomposéssontstablesàlatempératureambiante• Ilscristallisentdefaçonpériodiquelorsd’unréchauffement
Composésstablesàfroid
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Mackaycluster(cP158-𝛼 Al-Mn-Si)
Bergmancluster(cI160-R,Al5CuLi3)
Al/Si Al Mn Al Al/Si
Al/Cu Li Al/Cu Al/Cu Li
BriquesdeconstructiondesQC
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Tsai cluster(cI168,Cd6Yb)
Cd Cd Yb Cd
Lesclusterspeuventserecouvrirpartiellementd’unvoisinàl’autrepourpaverl’espace.
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Propriétésdesquasi-cristauxIlsseformentspontanémentdanslesrevêtementsdegalvanisationencoucheintermédiaireentrel’acieretlezinc!
Onentrouvesousformedeprécipitésdanscertainesnuancesd’alliagesaluminiumégalement.
• Duretévoisinedesaciers• Résistanceàl’usureparfrottements• Bonnetenuemécaniqueàlachaleur• Granderésistivité!• Résistanceàlacorrosion• Faiblemouillabilité
Lesapplicationsindustriellesdesquasi-cristauxn’onpasencorevulejour,mêmesionpeutnoterdesinitiativesaveclespoêlesàfrireetlesmoteursàessence.
Ilfautgarderl’œilouvert,onsesaitjamais...
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DanielSchechtman,ledécouvreurdesquasi-cristaux
« jen’aipasbesoindelire[monmanueldecristallographie],jesaisquec’estimpossible,maisc’estbienlàdevantmoi ».Schechtman.
« lesatomesétaientassemblésdansunmodèlequinepouvaitpasêtrerépété ».ComitéNobel.
« auxfascinantesmosaïquesdumondearabereproduitesauniveaudesatomes :uneformerégulièrequineserépètejamais ».ComitéNobel.
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