Structure métallique: plus c'est petit, plus c'est solide !

Publié par Adrien le 22/01/2008 à 00:18
Source: BE Etats-Unis numéro 106 (11/01/2008) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /52536.htm
Illustration: Lawrence Berkeley National Laboratory
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Quand on réduit fortement les dimensions d'un objet métallique pour atteindre l'échelle du micron, on observe que les propriétés mécaniques du matériau s'améliorent très sensiblement. Ce phénomène connu depuis près de 50 ans a été beaucoup étudié et plusieurs théories ont été avancées pour l'expliquer, mais ce n'est que récemment qu'il a été possible d'observer et d'enregistrer ce qui se passe précisément dans des microstructures sous stress.


Compression d'un pilier de nickel de diamètre d'environ 150 nanomètres.
Avant la compression (à gauche), le pilier présente une grande densité de dislocations internes.
Après la compression (à droite), les dislocations ont disparu.

Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory aux Etats-Unis ont utilisé le microscope In Situ du National Center for Electron Microscopy (NCEM) pour observer les changements de structure induits sous forte compression à l'intérieur de piliers de nickel de diamètres compris entre 150 et 400 nanomètres. En général, on provoque des déformations mécaniques qui se traduisent par une augmentation du nombre de dislocations dans le matériau. Mais dans des structures microscopiques qui possèdent un rapport surface/volume bien plus important, il semble que le processus peut être très différent. Les images vidéo enregistrées à l'aide du microscope montrent en effet que les piliers de nickel ont à l'origine pleins de dislocations, et que sous compression, les dislocations sont progressivement éliminées en se déplaçant vers la surface, ce phénomène permettant finalement d'obtenir un échantillon cristallin d'excellente qualité, où la densité de dislocations a été réduite de près de 15 ordres de grandeurs.

L'interprétation de ce processus de "recuit mécanique" est que les dislocations sont éliminées du matériau avant qu'elles puissent interagir et se multiplier. On ne pourra déformer la structure que si de nouvelles dislocations sont créées, ce qui est effectivement observé sous de plus forts taux de compression qui provoquent la nucléation de nouvelles sources de dislocation au coeur du matériau. Pour les échantillons de nickel de plus fort diamètre (à partir de 300 nm), la guérison des défauts cristallins n'est pas complète, et des dislocations restent encore visibles après compression. Cependant, on observe quand même une nette amélioration de leurs propriétés mécaniques, et il faut des contraintes plus fortes pour induire des déformations dans ces matériaux.

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