Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article traite du joint de grains parfait, celui dont la structure est décrite grâce aux simulations et aux observations sur bicristaux en microscopie électronique en transmission à haute résolution. En réalité, cette structure parfaite subit des transformations sous l'effet de la température et des variations de composition chimique liées aux échanges avec les cristaux voisins. Ces modifications peuvent masquer les différences structurales des joints de grains et influer fortement sur les propriétés des polycristaux.
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The article deals with the perfect grain boundary, the structure of which is described through simulations and observations of bicrystals by high resolution transmission electron microscopy. In reality, the perfect structure undergoes transformations under the effect of temperature and variations of chemical composition linked to its exchanges with the adjacent crystals. These modifications may hinder the grain boundary structural differences and strongly influence the polycrystal properties.
Auteur(s)
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Jean-Philippe COUZINIÉ : Docteur en Métallurgie et Matériaux – Maître de Conférences - Université Paris-Est Créteil (UPEC) - ICMPE/MCMC/CNRS, 94320 Thiais
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Brigitte DÉCAMPS : Docteur en Sciences Physiques – Directeur de Recherche CNRS - CSNSM/IN2P3 - Université Paris-Sud XI, 91405 Orsay
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Louisette PRIESTER : Docteur en Sciences Physiques – Professeur émérite - Université Paris-Sud XI, 91405 Orsay - ICMPE/MCMC/CNRS, 94320 Thiais
INTRODUCTION
Le présent article est consacré au joint de grains réel : il fait suite à l’article [M 4 011] auquel le lecteur doit nécessairement se référer pour bien comprendre les dénominations appliquées aux joints de grains ainsi que les questions développées dans le présent contexte.
Dans un premier temps, le joint est soumis à des effets de température qui peuvent changer sa structure d’équilibre, voire provoquer une fusion du joint à une température inférieure à la température normale de fusion du matériau.
Puis, sont abordés les processus de transport vers le joint de grains des défauts ponctuels, lacunes et atomes en insertion ou en substitution, éléments d’alliages ou impuretés, leur densité étant généralement plus grande aux joints de grains qu’en matrice. C’est le phénomène de ségrégation intergranulaire qui affecte non seulement la structure et l’énergie d’un joint de grains, mais aussi ses défauts et leurs comportements. Les différences de chimie entre joints peuvent gommer totalement leurs différences géométriques.
Enfin, étroitement dépendante de la ségrégation, et difficile à différencier de celle-ci à ses tout débuts, la précipitation préférentielle d’une seconde phase aux joints de grains d’une phase initiale (ou phase-mère) joue également un rôle important sur les propriétés d’emploi des matériaux.
Considérer les effets de la température et de la chimie sur les structures des joints de grains nous rapproche du matériau réel. Cette démarche doit être complétée par des considérations mécaniques [M 4 013] afin de comprendre, voire de contrôler, le rôle des joints de grains dans les comportements de l’ensemble polycristallin.
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KEYWORDS
grain boundary | intergranular segregation and precipitation | phase transformations
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Joints de grains en température
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4. Conclusion
Les matériaux réels sont parfois soumis lors de leur emploi à des modifications de la température environnante et ils sont rarement utilisés purs. Le plus souvent, ils contiennent des éléments en solution soit sous forme de solutés, ajoutés volontairement pour améliorer une de leurs propriétés, soit sous forme d’impuretés que leurs modes d’élaboration ne permettent pas d’éliminer. Il est donc nécessaire d’appréhender les effets de la température et de la chimie sur les joints de grains afin de comprendre, voire de contrôler, les comportements d’un ensemble polycristallin.
Ainsi, les transformations de structure intervenant en température peuvent conduire à la formation aux joints d’une phase plus fragile ou plus corrodable que la matrice, ou encore à l’apparition d’un film quasi-amorphe qui influe notoirement sur le glissement intergranulaire. De même, les modifications de la structure intergranulaire sous l’effet d’un soluté (ou d’une impureté) entraînent soit une consolidation du joint (cas du bore dans les aciers ou les alliages base nickel), soit une fragilisation du joint (cas du soufre, du phosphore dans les alliages base fer et le cuivre). Comprendre le lien étroit et réciproque entre la chimie et la structure intergranulaires, ainsi que les échanges entre joints de grains et dislocations des cristaux, permet d'avancer dans la direction d’une utilisation des joints de grains en vue d’une maîtrise des propriétés des matériaux, connue sous le nom d’ingénierie des joints de grains
Remerciements : Un des auteurs est particulièrement redevable à Olivier Hardouin Duparc pour son apport au paragraphe sur la fusion aux joints de grains.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CAHN (J.W.) - Transitions and phase equilibria among grain boundary structures - Journal de Physique, C6-43, p. 199-213 (1982).
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(3) - THIBAULT (J.), PUTAUX (J.L.), JACQUES (A.), GEORGE (A.), MICHAUD (H.M.), BAILLIN (X.) - Structure of the dislocation in tilt grain boundary between Σ = 1 and Σ = 3 : a HRTEM study - Materials Science and Engineering, 164, p. 93-100 (1993).
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(4) - ELKALBAJI (M.), THIBAULT (J.), KIRCHNER (H.O.K.) - Structural transformation of the {233} [011] Σ = 11 tilt grain boundary in germanium and silicon - Philosophical Magazine Letters, 73 (1), p. 5-10 (1996).
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(5) - KIKUCHI (R.), CAHN (J.W.) - Grain boundary melting transition in a two-dimensional lattice-gas model - Physical Review, B21, p. 1893-1897 (1980).
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