Excentricitésamorphes&quasi-cristallines

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Voix1:

2cheminspourfairedesamorphes:• Tremperunliquidesansluilaisserletempsdecristalliser• Mettrelematériauhorséquilibreviaunforçageextérieur

T

Tf

Liquide

Solide

Tauxderefroidissementcritique

Amorphe

AlliagesAmorphes

Tc

Tg

Tc :températuredecristallisationTg :températuredetransitionvitreuse

• Irradiation• Déformationmécaniqueintense• Hydrogénation• interdiffusion

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

AlliagesAmorphes

F. Delogu Materials Science and Engineering A 383 (2004) 252–258

Expansionvolumiquedanslesalliagesjusqu’àamorphisation

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)

Spécificitédelarupture

Fe65-xMo14C15B6Erx

ParcontrelecomportementàlarupturepeutdépendreducoefficientdePoisson(i.e delarelaxationduvolumelibreinterne)

x

M.M. Trexler, N.N. Thadhani / Progress in Materials Science 55 (2010) 759–839

AlliagesAmorphes

Legrandintérêtdesamorphesestleurduretéexceptionnelle

A. Inoue, A. Takeuchi / Acta Materialia 59 (2011) 2243–2267

AlliagesAmorphes

Legrandintérêtdesamorphesestleurduretéexceptionnelle

L’absencededislocationdanslesamorphespermetd’êtredansledomaineélastiquejusqu’àdesdéformationsélevées!

Comportementplastiquedesamorphes

C.A. Schuh et al. / Acta Materialia 55 (2007) 4067–4109

Résistanceàlaflexion

Zr57Nb5Al10Cu15.4Ni12.6

C.A. Schuh et al. / Acta Materialia 55 (2007) 4067–4109

Rupturedesamorphes

Surfacederupturedanslazonedesinstabilitésplastiques(ruptureadiabatique)

C.A. Schuh et al. / Acta Materialia 55 (2007) 4067–4109

Mécanismedelocalisation

Formationdenanocristaux danslesbandesdecisaillement?

Cu50Zr50

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

quasi-cristaux

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)

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)

MatériauxQuasicristallins

D.Schechtman,conférenceNobel2011

ClichédeLauë Rx entransmissiondei-ZnMgHo (An-PanTsaï,1987)

Ho:HolmiumCeclichéLauë obtenusurmonocristalaachevédeconvaincrelacommunauté(Rx sondemacroalorsqueleMETestunesondelocale)

auto-similarité parchangementd’échelle(leremplissageduplanestdense)

Générationd’unestructureapériodiqueparprojectiond’unestructurepériodique:chainedeFibonacci

Lastructurepériodiqueconsidéréeestconstituéedel’ensembledespointsàcoordonnéesentièressituéesentrelesdeuxdroitesdepenteégalesàl’inversedunombred’oretdécaléesurl’axedesordonnéesd’unefoislenombred’or.

Onprojetteorthogonalementcespointssurladroitequipasseparl’originedurepère:séquencedeFibonacci.

lim

𝐹

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

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

Tsai cluster(cI168,Cd6Yb)

Cd Cd Yb Cd

Lesclusterspeuventserecouvrirpartiellementd’unvoisinàl’autrepourpaverl’espace.

Propriétésdesquasi-cristauxIlsseformentspontanémentdanslesrevêtementsdegalvanisationencoucheintermédiaireentrel’acieretlezinc!

Onentrouvesousformedeprécipitésdanscertainesnuancesd’alliagesaluminiumégalement.

• Duretévoisinedesaciers• Résistanceàl’usureparfrottements• Bonnetenuemécaniqueàlachaleur• Granderésistivité!• Résistanceàlacorrosion• Faiblemouillabilité

Lesapplicationsindustriellesdesquasi-cristauxn’onpasencorevulejour,mêmesionpeutnoterdesinitiativesaveclespoêlesàfrireetlesmoteursàessence.

Ilfautgarderl’œilouvert,onsesaitjamais...

DanielSchechtman,ledécouvreurdesquasi-cristaux

« jen’aipasbesoindelire[monmanueldecristallographie],jesaisquec’estimpossible,maisc’estbienlàdevantmoi ».Schechtman.

« lesatomesétaientassemblésdansunmodèlequinepouvaitpasêtrerépété ».ComitéNobel.

« auxfascinantesmosaïquesdumondearabereproduitesauniveaudesatomes :uneformerégulièrequineserépètejamais ».ComitéNobel.