UNIVERSITE HASSAN II AIN CHOK Faculté de Médecine Dentaire de Casablanca Départements de BMF les défauts de la structure cristalline Pr Khalil EL GUERMAÏ
I- Les défauts d de la structure cristalline L état cristallin a jusqu ici été considéré comme un empilement parfait d atomes d régulir gulièrement répartis r selon un système propre au matériau considéré.. Les cristaux sont en réalitr alité imparfaits et présentent des défauts d locaux. Cristal idéal + défauts d cristal réel r
1-Classification Ces défauts d peuvent être classés s d'un point de vue géométrique en : défauts ponctuels défauts étendus : - linéaires (Dislocation) - bidimensionnels : Glissement, macles, empilement, joints s de grains.
1a - Défauts ponctuels Les défauts d ponctuels peuvent se répartir r en trois grandes catégories selon leur géomg ométrie : Les lacunes ponctuelles, Les atomes interstitiels, Les atomes de substitution. (+ Les défauts ponctuels complexes)
Les lacunes ponctuelles 1a-Défauts ponctuels Absence d un atome de son site normal (création d une lacune) Entraînant nant la migration de la lacune vers la surface par déplacements successifs dʹatomes.
Les atomes interstitiels 1a-Défauts ponctuels L atome interstitiel : un atome étranger s insère dans l espace vide du réseau. r Si atome identique auto interstitiel Notez que la taille de l atome étranger est en général inférieure à celle de l atome du réseau.
1a-Défauts ponctuels L atome de substitution : la position régulir gulière d un d atome occupée e par un atome étranger en général g de taille se rapprochant de celle de l atome l du réseau. r Défaut ponctuel complexe : constitué par l'accumulation de deux défauts, d par exemple lacune + atome interstitiel.
1b -Défauts étendus * Défauts linéaires ou dislocations Ce sont des perturbations de la structure du cristal situées le long d une d ligne ou d une d rangé réticulaire : ligne de dislocation. Dislocation Coin Dislocation Vis Dislocation mixte : Coin + Vis
Défauts linéaires ou dislocations Dislocations Le glissement se produit parallèlement lement (vis) ou perpendiculairement (coin) au plan de la figure de telle sorte qu il y aura création d 1 d 1 ou de 2 marches. dislocation coin dislocation vis Les plans réticulaires sont décalés d'une distance égale au paramètre de maille.
Dislocation Coin Défauts linéaires ou dislocations Formation d une d marche CC DD DD
Dislocation Vis Défauts linéaires ou dislocations Formation de 2 marches BCC et ADD
Défauts linéaires ou dislocations Une dislocation simple, soit en coin soit en vis,, ne peut finir seule à l'intérieur du cristal. Soit elle en atteint la surface, soit elle s'enchaîne ne à une autre dislocation. On peut alors, par enchaînement nement de plusieurs dislocations, aboutir à l'intérieur du cristal à la formation d'une boucle de dislocation. L enchaînement nement de deux dislocations différentes donne naissance à une dislocation mixte.
1b -Défauts étendus *Défauts bidimensionnels Joints de grains Fautes d empilement d et macles
Joints de grains Défauts bidimensionnels Un grand nombre de matériaux ont une structure polycristalline, c-à-d une structure formée e de cristaux de petites tailles (grains). Les régions r oùo les grains se touchent sont appelées es joints de grains. Il existe deux types de joints de grains simples : * joints de flexion * joints de torsion
Joints de grains Défauts bidimensionnels Les joints de flexion Ils contiennent l axe de rotation des grains θ Les joints de torsion Ils sont perpendiculaires à l axe de rotation des grains θ Si θ <10 alors sous joints dislocations en réseau
Défauts bidimensionnels Fautes d empilement et macles En particulier, dans les structures (cfc et hc), il existe des anomalies dans les modes d empilement des plans : * Fautes d empilement : marquent une discontinuité, aléatoire ou ordonnée, dans l'empilement des matériaux. Ex: ABC ABC ABC ABC ABC ABC AB ABC ABC. *Macle: sont des défauts plans séparant les deux parties d'un Cristal, images l'une de l'autre (symétriques) par rapport au plan de macle. Ex: ABC ABC ABC ABC ABC AB CBA CBA Plan de macle (miroir) Saut à la structure symétrique)
II - Diffusion dans les solides Les lacunes, défaut ponctuel, facilitent le déplacement des atomes activés thermiquement, dans le cristal : c est la diffusion Conditions : - Existence d 1 lacune adjacente, - Avoir une énergie suffisante. Activation : - Élévation de la température, - Faible énergie de liaison.
II-Diffusion dans les solides Fréquence de saut : = cte x P L x P E Si S.S.S. : (T) = o exp H F + H T RT (Formation lacune + Activation) Si S.S.I. : (T) = o exp H T RT (Activation car lacune existe déjà)
II-Diffusion dans les solides Lois de Fick Calculent le nombre d atomes diffusant à travers la section S S x
II-Diffusion dans les solides Lois de Fick * La 1 ère Loi est relative à la diffusion constante de la matière à travers 1 section dans le temps. * La 2 ème Loi est relative à la diffusion variable de la matière à travers 1 section dans le temps.
III- Déformation des cristaux métalliques F. mécanique Solide Déformation Déplacement atomique Restauration de la forme originale du solide F rappel Tout objet soumis à une force mécanique se déforme. Cette déformation entraîne le déplacement des atomes de leur position d équilibre. Celui-ci induit l apparition des forces de rappel qui s opposent à la déformation et qui tendent à restaurer le solide dans sa forme originale lorsque cesse l application de la force.
III- Déformation des cristaux métalliques Chaque fois qu il y a contrainte il y a déformation. A basse température, il peut exister 2 types de déformations : Déformation élastique : conditions normales d utilisation et retour àla forme initiale quand cesse la contrainte. Déformation plastique : mise en forme permanente même quand cesse la contrainte.
III- Déformation des cristaux métalliquesm Courbe : Contrainte = f (déformation) Contrainte τ a o Déformation Σ * La partie oa décrit le caractère réversible élastique du solide (équation d une droite). * Au delà de a, la déformation est permanente irréversible : c est une déformation plastique.
III- Déformation des cristaux métalliques 1- Déformation Elastique Décrite par la loi de HOOKE : Contrainte = cte élastique x déformation simple Exemples : extension uniaxiale, contraction latérale, cisaillement simple, compression uniforme..
III- Déformation des cristaux métalliques 2- Déformation plastique Expression de HOOKE n est valable que pour les petites déformations [ Σ f (τ) ] Σ< 0,1 % déformation élastique. Σ>0,1 % déformation plastique. * T basse : Σ = f (τ) et expliquée par le mécanisme de déplacement des dislocations. * T élevée : Σ = f (τ, T, t) et expliquée par le phénomène de la diffusion.
Résumé Le cristal réel s écarte considérablement du modèle du cristal idéal. Il comporte un nombre élevé de défauts caractérisés par une géométrie bien déterminée. L augmentation de la concentration des défauts ponctuels avec la température permet dans le cas des lacunes d expliquer le phénomène de la diffusion. Le déplacement des dislocations (déplacement linéaire), appelé glissement, est à la base de la déformation plastique (permanente) des métaux et de leurs alliages à température normale.
Résumé Les joints de grains sont des régions de raccordement entre des monocristaux d orientations différentes. Seul un contrôle judicieux du type et du nombre de défauts permet l obtention des matériaux aux propriétés contrôlées.
Conclusion L équilibre est une frontière ambiguë entre l ordre et le désordre. C est surtout le résultat de la confrontation entre deux phénomènes antagonistes : l augmentation de T qui provoque le désordre (agitation thermique) et les liaisons atomiques qui tendent à restaurer le matériau dans sa structure initiale et d instaurer ainsi un état d ordre.