Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La texture cristallographique des matériaux polycristallins est la statistique des orientations de la population des cristallites individuelles. Dans les mesures de diffraction polycristalline qui étaient le plus couramment utilisées, l’information sur les coordonnées de position était perdue. Au cours de la première décennie du XXIe siècle, des techniques de microscopie 3D en rayonnement synchrotron ont été développées, elles donnent la cartographie d’orientation 3D avec une excellente résolution spatiale et angulaire. En microscopie électronique à balayage, la cartographie d’orientation 2D, puis 3D par la technique du microscope à double faisceau et les coupes sériées, permet également d’inclure les informations de corrélations spatiales. La cartographie d’orientation 2D en microscopie électronique à transmission est appliquée avec des protocoles automatisés à des microstructures à l’échelle nanométrique. Enfin, des méthodes d’exploitation du spectre en diffraction polycristalline RX et neutrons ont été développées sous le nom d’analyse combinée, donnant à la fois les phases cristallines, les textures, les tailles de grains et les contraintes résiduelles.
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The crystallographic texture of polycrystalline materials is the statistical distribution of the individual orientations of assembly of crystallites. Information on position coordinates was lost in the measurements of polycrystal diffraction that were most commonly used. However 3D microscopy techniques in synchrotron radiation have been developed during the first decade of the 21st century, providing 3D orientation mapping with excellent spatial and angular resolution. In scanning electron microscopy, 2D and 3D orientation mapping through serial sectioning by dual-beam technique also allows to obtain information about spatial correlations. Orientation mapping (2D) in transmission electron microscopy with automated protocols is applied to analyze orientations and microstructures at the nanoscale. Finally, methods using the whole neutron or X-ray polycrystalline diffraction spectrum have been developed under the name of combined analysis, giving at the same time the crystalline phases, texture, grain size and residual stresses.
Auteur(s)
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Claude ESLING : Professeur - Laboratoire d’Étude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3), CNRS UMR 7239, Université de Lorraine
-
Hans Joachim BUNGE (1929-†2004) : Professeur au Département de métallurgie physique - Université Technologique de Clausthal (D)
INTRODUCTION
La plupart des matériaux utilisés technologiquement ont une structure polycristalline. Leurs propriétés dépendent à la fois de la structure de l’agrégat polycristallin et des cristaux qui les constituent. Les propriétés des cristaux sont essentiellement apportées par le choix des matériaux. La structure de l’agrégat, et donc son influence sur les propriétés des matériaux obtenus, résulte cependant du traitement subi par les matériaux. À cause de l’anisotropie des propriétés cristallines, l’orientation du cristal et tous les paramètres de structure qui en découlent, c’est-à-dire la texture et les grandeurs texturales d’ordre supérieur (fonctions de corrélation par exemple), jouent un rôle prédominant parmi les paramètres d’agrégat du matériau polycristallin. La texture et les grandeurs qui y sont reliées constituent donc d’importants paramètres structuraux à deux points de vue :
-
influence sur les propriétés des matériaux ;
-
évolution lors du traitement des matériaux.
Ces aspects doivent être appréhendés quantitativement en termes de modèles mathématiques.
Des normes technologiques précisent quelles sont les marges de variation maximale autorisées pour les propriétés des matériaux, d’autant plus étroites que la qualité des matériaux s’accroît. Elles sont ainsi particulièrement sévères pour les matériaux dits de haute technologie. À cet effet, les propriétés de base des matériaux, telles que composition et pureté, doivent être contrôlées. Dès que l’incertitude sur les propriétés, due à celle sur ces paramètres, est inférieure à l’anisotropie cristallographique, la texture et les grandeurs qui y sont rattachées deviennent les paramètres structuraux dominants ; le contrôle des grandeurs de base étant constamment amélioré, cela s’appliquera tôt ou tard à tous les matériaux polycristallins. En métallurgie, on effectue depuis longtemps des études et des contrôles de texture, mais cela est moins courant pour d’autres types de matériaux, pour deux raisons essentielles :
-
les normes technologiques n’exigent pas vraiment de contrôle des textures dans le domaine des matériaux non métalliques ;
-
les matériaux non métalliques ont des structures cristallines plus complexes si bien que les analyses de texture de ces matériaux sont plus difficiles à réaliser, voire quasiment impossibles au moyen des techniques conventionnelles.
Au cours de la dernière décennie, ces deux points ont évolué rapidement, si bien que ces études et contrôles de texture sont importants pour tous les matériaux technologiques. Des techniques sophistiquées ont été notamment développées sous le nom d’Analyse Combinée et sont exposées à la fin de ce document.
Cet article donne la définition des textures et des grandeurs qui y sont reliées, et présente la détermination de textures. Leurs formations ainsi que leurs influences sur les propriétés des matériaux métalliques sont présentées dans l’article [M 3 041]. Ces considérations sont valables pour tous types de matériaux.
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- Version courante de déc. 2021 par Robert SCHWARZER, Claude ESLING
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Description des structures des matériaux polycristallins3. Conclusion
De nouvelles méthodes d’exploitation du spectre entier de diffraction polycristalline RX et neutrons ont été développées, notamment sous le nom d’Analyse Combinée, donnant à la fois les phases cristallines, les textures, les tailles de grains et les contraintes résiduelles. Ces méthodes ont permis d’étudier les microstructures et textures de matériaux dont les spectres de diffraction sont considérablement plus complexes que ceux des métaux de base traditionnels tels que le fer, le cuivre, l’aluminium et leurs alliages. Parmi les matériaux « exotiques » récemment étudiés, on trouve des céramiques supraconductrices ou thermo- ou piézzoélectriques, des couches d’aragonite et de calcite de coquillages de mollusques, des alliages de Heusler de matériaux à mémoire de forme ferromagnétiques, comme nous le verrons dans l’article [M 3 041] sur les propriétés physiques des matériaux texturés. Cet article illustre aussi comment les cartographies d’orientation 2D et 3D par la technique du microscope à double faisceau et les coupes sériées ont permis d’inclure les informations de corrélations spatiales dans le calcul des grandeurs physiques moyennes de polycristaux texturés.
Remerciements : Cet article a bénéficié de contributions scientifiques de la part de D. Chateigner, D. Jurel Jensen, H. Klein, A. Morawiec, E. Rauch (qui a rédigé le § 2.1.6.2), A.D. Rollett, R. Schwarzer et Y.D. Zhang, d'aide technique de la part de Z.B. Li ainsi que L. Bao, qui a redessiné sur ordinateur...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BUNGE (H.J.), ESLING (C.), MULLER (J.) - Journal of Applied Crystallography - 13, 544 DOI :10.1107/S0021889880012757 (1980).
-
(2) - MORAWIEC (A.) - Orientations and rotations : computations in crystallographic textures - Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2004).
-
(3) - ADAMS (B.L.), DINGLEY (D.J.), KUNZE (K.), WRIGHT (S.I.) - Materials Sciences Forum - 157-162, 31, Trans Tech. Publ. (Suisse) (1994).
-
(4) - ROHRER (G.S.), SAYLOR (D.M.), DASHER (B.EI), ADAMS (B.L.), ROLLETT (A.D.), WYNBLATT (P.), METALLKUNDE (Z.) - * - . – 95, 197 (2004).
-
(5) - ROHRER (G.S.), LI (J.), LEE (S.), ROLLETT (A.D.), GROEBER (M.), UCHIC (M.D.) - Materials Science and Technology - 26, 661-669 (2010).
-
(6) - GROEBER (M.A.), HALEY (B.K.), UCHIC (M.D.), DIMIDUK (D.M.), GHOSH (S.) - Mater Charact. - 57, 259 (2006).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
http://aluminium.matter.org.uk/content/html/eng/default.asp?catid=100&pageid=1050588871
Ressources d’e-learning ou formation en ligne interactives sur les diverses représentations des textures cristallographiques, par l’Association européenne de l’aluminium et de MATTER (consortium de Départements de Science des Matériaux d’universités anglaises)
http://neon.mems.cmu.edu/rollett/27750/27750.html
Cours sur la texture, la microstructure et l’anisotropie par A.D. Rollet (Département de Sciences des Matériaux, Université Carnegie Mellon, Pittsburgh, États-Unis)
http://personal.imim.pl/adam.morawiec/A_Morawiec_Web_Page/downloads.html
Page personnelle d’A. Morawiec (Académie polonaise des sciences, Institut de métallurgie et de science des matériaux, Krakow, Pologne)
Codes pour les analyes cristallographiques, y compris les analyses des clichés de diffraction en microscope électronique...
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