Bibliographie & annexes
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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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Lire l’articleAuteur(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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De la ségrégation à la précipitation intergranulaire
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2. Interactions entre défauts ponctuels et joints de grains : la ségrégation
La ségrégation aux joints de grains résulte de la redistribution du soluté (ajout contrôlé ou impureté) entre les cristaux et les joints lors d’un traitement thermique ou thermomécanique. Pour tout matériau polycristallin, l’enrichissement en soluté aux joints a des conséquences importantes sur les propriétés structurelles et fonctionnelles : fragilité ou consolidation, corrosion intergranulaire, glissement intergranulaire, modification des propriétés électriques… Pour une documentation globale sur la ségrégation, le lecteur peut se référer à .
Selon les forces motrices mises en jeu, sont distinguées :
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la ségrégation d’équilibre gouvernée par les paramètres du système (joint/cristaux) à l’équilibre. L’enthalpie libre du système diminue et seul le cœur du joint est fortement affecté par la ségrégation (1 à 2 distances interatomiques) ;
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la ségrégation hors d’équilibre résultant le plus souvent d'une trempe, d’effets d’irradiation par les neutrons ou encore d'une déformation à grande vitesse. Les lacunes qui migrent vers les puits (tels les joints) entraînent des solutés sous forme de complexes. L’enrichissement intergranulaire hors d’équilibre qui en résulte a...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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(2) - HSIEH (T.E.), BALLUFFI (R.W.) - Experimental study of grain boundary melting in aluminium - Acta Metallurgica, 37, p. 1637-1644 (1989).
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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).
-
(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).
-
(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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