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RÉSUMÉ
La matière à l’état amorphe est connue depuis longtemps puisque cet état structural est celui des verres de silice élaborés par refroidissement naturel de mélanges d’oxydes fondus, quasiment depuis la nuit des temps. L’obtention d’amorphes métalliques synthétiques est relativement récente et a initié un grand nombre de recherches fondamentales et appliquées. Parce que les débouchés étaient séduisants, notamment dans le domaine de l’électrotechnique, ces nouveaux matériaux ont bénéficié de développements rapides à l’échelle industrielle. Le caractère métallique, mais l’absence d’ordre à longue distance dans les verres métalliques, leur confèrent des propriétés différentes de leurs homologues cristallins.
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Yannick CHAMPION : Directeur de recherche CNRS - Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est
INTRODUCTION
Les tous premiers amorphes métalliques synthétiques sont rapportés dans la littérature par Kramer, dans les années 1930, lors de ses études sur les propriétés électriques de films minces métalliques. Des verres Au-Si étaient obtenus par évaporation sous vide et condensation de l’alliage sur une surface refroidie par de l’azote liquide.
La matière à l’état amorphe, au sens général, était connue depuis longtemps puisque c’est l’état structural des verres de silice usuels élaborés par refroidissement naturel de mélanges d’oxydes fondus. Toutefois, c’était la première fois que l’état amorphe était obtenu par refroidissement de composés essentiellement métalliques. Les propriétés de ces nouveaux matériaux ont été rapidement identifiées, leur originalité a initié un grand nombre de recherches fondamentales et appliquées (voir § 1).
Du fait des propriétés particulièrement séduisantes de certains alliages, les méthodes de production ont été développées à l’échelle pilote, puis à l’échelle industrielle. C’est le cas du « melt-spinning » pour la fabrication des renforts pour béton et des alliages pour aimants permanents, et du flot planaire pour les alliages magnétiques doux, matériaux concurrents des Fe Si orientés, des Fe Ni et des ferrites. Ces machines sont dotées d’une forte productivité, les rubans défilent jusqu’à 20 m/s, et assurent la mise en forme directe des bandes à partir de l’état liquide.
Les verres métalliques massifs sont innovants pour leurs propriétés mécaniques (forte résistance, jusqu’à 4GPa, ténacité raisonnable de 10 à
), mais nécessitent encore des améliorations en termes de comportement (en particulier l’absence de ductilité reste rédhibitoire) et de formabilité, pour trouver des applications.
Un ensemble de technique d’élaboration d’alliages amorphes est détaillé dans le § 2.4.
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Préparation des matériaux métalliques amorphes
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1. État amorphe
1.1 Structure
Jusqu’à la découverte des verres métalliques , les matériaux amorphes étaient essentiellement les verres obtenus à partir de mélanges de silicates fondus, puis refroidis assez lentement, de quelques degrés par seconde. Au cours du refroidissement, les atomes s’organisent à courte distance, formant des polyèdres quasi-équivalents d’atomes, qui gardent la répartition désordonnée proche de celle qu’ils avaient dans l’état liquide.
Dans les métaux et les alliages organisés, les atomes sont répartis sur des positions de l'espace faisant apparaître un réseau cristallin périodique des motifs, et un ensemble d'opérations de symétrie ponctuelles et de translations. À ce cristal parfait (à 0K), s'ajoutent les imperfections d'origine thermique (lacune), chimique (solution solide, interstitiel), et mécanique (dislocation, cavité).
Un cristal est décrit par un motif formé d’atomes et un groupe d’espace (il présente un ordre à longue distance), ce qui est extrêmement simple, unique et pratique pour suivre l'histoire thermomécanique d'un composé, décrire les défauts, analyser et modéliser ses propriétés.
Pour un amorphe métallique, l’absence de translation et de stœchiométrie rend une description universelle impossible. Elle ne pourra pas, en tout cas, être réduite à un petit groupe d’atomes représentatif de l’ensemble de la matière vitreuse. En outre, l’absence de description unique rend la caractérisation des propriétés physiques et chimiques, leur modélisation, et des comparaisons de comportements entre verres métalliques particulièrement délicate.
1.2 Rappel historique
Par la suite, au cours de ses recherches relatives à l’effet de la vitesse de trempe sur les limites de solubilité des alliages binaires, dans les années 1960, Duwez a obtenu les matériaux métalliques amorphes Au75 Si25 ...
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État amorphe
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KRAMER (J.), ZEITS (F.) - * - . – Physik 106 675 (1937).
-
(2) - KLEMENT (J.W.), WILLENS (R.H.), DUWEZ (P.) - * - . – Nature, 187 869 (1960).
-
(3) - DIXMIER (J.), DOI (K.) - * - . – CR hebd. Scéance Ac. Sc. 2451-2454 (21 oct. 1963).
-
(4) - SADOC (J.F.), DIXMIER (J.), GUINIER (A.) - * - . – J. non Cryst. Sol. 12 46-60 (1973).
-
(5) - DIXMIER (J.), BLETRY (J.), SADOC (J.F.) - * - . – J. Phys. Coll C2 sup. n° 4 36 65-68 (1975).
-
(6) - BERNAL (J.D.) - * - . – Nature 183 141-147, Nature 185 68-70 (1959) (1960).
-
(7) - GREER (A.L.) - * - ....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Leonardo ENERGY – The global Community for Sustainable Energy Professionals
http://www.leonardo-energy.org/selecting-least-cost-energy-efficient distribution-transformers
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Liquidmetal Technologies
2.1 Constructeurs – Fabricants
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Les rubans amorphes magnétiques sont fabriqués et/ou transformés aujourd’hui par de très nombreuses sociétés de plus au moins grande taille, certaines issues de laboratoires académiques, en Europe de l’est, Inde, Taiwan, Singapour et, surtout, en Chine.
Les fournisseurs et utilisateurs « historiques » sont :
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Hitachi metals et Toshiba (Japon) ;
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ArcelorMittal stainless steal and nickel, ex-Imphy (France) ;
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AlliedSignal, Metglass products (États Unis) ;
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AC, Vacuurnschmelze GmbH (Allemagne).
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Les verres métalliques massifs et les revêtements sont moins répandus, car plus récents et en cours de développement. La principale société fournissant des alliages est Liquidmetal...
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