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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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Almost since the dawn of time material in the amorphous state has been known as that of silica glass obtained by the natural cooling of molten oxide mixtures. The production of synthetic amorphous materials is relatively recent and has initiated a wide amount of fundamental and applied research. As the applications have been of significant interest, most notably in the electro-technical sector these new materials have benefited from rapid development on an industrial scale. Their metallic characteristic, however the absence of long-distance order in metallic glass, provide them with differing properties from their crystalline counterparts.
Auteur(s)
-
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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3. Propriétés des matériaux amorphes
Le caractère métallique, mais l’absence d’ordre à longue distance dans les verres métalliques, leur confèrent des propriétés bien sûr différentes de leurs homologues cristallins.
Certaines caractéristiques font, toutefois, que l'obtention de performances améliorées se fait parfois par la dévitrification partielle de l’amorphe comme dans le cas de l’optimisation des propriétés magnétiques et mécaniques.
3.1 Propriétés de transport
Les mécanismes de diffusion atomique ne sont pas complètement compris en raison de l’absence d’une véritable description de la structure atomique des alliages amorphes.
Comme le montre la figure 6 la présence et la quantité de « volume libre » jouent un rôle important sur la diffusion atomique, avec l’apparition d’une transition dans la variation du coefficient de diffusion avec la température.
Exemple
Il est donné pour la diffusion de Be dans un amorphe base Zr, type Vitreloy, hypertrempé contenant donc du volume libre. En dessous de Tg (∼ 620 K) le facteur pré-exponentiel (fréquence de saut), ainsi que l’énergie d’activation, sont faibles rendant compte d’un désordre important comme dans le cas des joints de grains dans les polycristaux. Au dessus de Tg, le volume libre relaxe, la structure tend vers un état plus ordonné plus « proche » du cristal et le facteur pré-exponentiel, ainsi que l’énergie d’activation, augmentent.
Les mesures expérimentales, ainsi que des modélisations, suggèrent que la diffusion pourrait être décrite par des mécanismes lacunaires.
Limoges a effectué une revue, ainsi qu’une analyse critiques des données de diffusion, dans un certain...
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Propriétés des matériaux amorphes
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).
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(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
-
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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