Que sont les défauts plans – Défauts interfaciaux – Définition

Un défaut planaire est une discontinuité de la structure cristalline parfaite sur un plan. Les défauts interfaciaux sont des frontières qui ont deux dimensions et des régions normalement séparées des matériaux qui ont des structures cristallines et/ou des orientations cristallographiques différentes. Les défauts interfaciaux existent à un angle entre deux faces quelconques d’un cristal ou d’une forme cristalline. Ces imperfections se trouvent au niveau des surfaces libres, des limites de domaine, des joints de grain ou des limites d’interphase.

Limites de grain

Un joint de grain est un défaut planaire général qui sépare des régions d’orientation cristalline différente (c’est-à-dire des grains) dans un solide polycristallin. Jusqu’à présent, la discussion s’est concentrée sur les défauts des monocristaux. Cependant, les solides sont généralement constitués d’un certain nombre de cristallites ou de grains de taille et d’orientation variables. Ceux-ci ont des orientations cristallographiques aléatoires. Lorsqu’un métal commence par cristalliser, le changement de phase commence par de petits cristaux qui se développent jusqu’à fusionner, formant une structure polycristalline. Dans le bloc final de matière solide, chacun des petits cristaux (appelés  » grains« ) est un vrai cristal avec un arrangement périodique d’atomes, mais l’ensemble du polycristal n’a pas d’arrangement périodique d’atomes, car le motif périodique est rompu aux joints de grains. Les grains et les joints de grains aident à déterminer les propriétés d’un matériau. Grains peut varier en taille de nanomètres à millimètres de diamètre et leurs orientations sont généralement tournées par rapport aux grains voisins.L’endroit où un grain s’arrête et un autre commence est connu sous le nom de joint de grain.Les joints de grains limitent les longueurs et les mouvements des dislocations.Par conséquent, avoir des grains plus petits (plus de surface de joint de grain) renforce un matériau. La taille des grains peut être contrôlée par la vitesse de refroidissement lorsque le matériau est coulé ou traité thermiquement. Généralement, un refroidissement rapide produit des grains plus petits tandis qu’un refroidissement lent donne des grains plus gros.

• Les grains, aussi appelés cristallites, sont des cristaux petits voire microscopiques qui se forment par exemple lors du refroidissement de nombreux matériaux (cristallisation). Une caractéristique très importante d’un métal est la taille moyenne du grain. La taille du grain détermine les propriétés du métal. Par exemple, une taille de grain plus petite augmente la résistance à la traction et tend à augmenter la ductilité. Une taille de grain plus grande est préférée pour améliorer les propriétés de fluage à haute température. Le fluage est la déformation permanente qui augmente avec le temps sous une charge ou une contrainte constante. Le fluage devient progressivement plus facile avec l’augmentation de la température.
• Limites de grains. La limite de grain fait référence à la zone extérieure d’un grain qui le sépare des autres grains. Les joints de grains séparent des régions cristallines diversement orientées (polycristallines) dans lesquelles les structures cristallines sont identiques. Les joints de grains sont des défauts 2D dans la structure cristalline et ont tendance à diminuer la conductivité électrique et thermique du matériau. La plupart des joints de grains sont des sites privilégiés pour l’apparition de la corrosion et pour la précipitation de nouvelles phases à partir du solide. Ils sont également importants pour de nombreux mécanismes de fluage. D’autre part, les joints de grains perturbent le mouvement des dislocations à travers un matériau. La propagation des dislocations est entravée en raison du champ de contraintes de la région du défaut aux joints de grains et du manque de plans et de directions de glissement et d’alignement global à travers les joints.

Jumelage – Frontières jumelles

Le maclage est un phénomène situé entre un défaut cristallographique et un joint de grain. Comme un joint de grain, un joint de macles a des orientations cristallines différentes sur ses deux côtés. Mais contrairement à un joint de grain, les orientations ne sont pas aléatoires, mais liées d’une manière spécifique, en miroir. Une frontière jumelle se produit lorsque les cristaux de chaque côté d’un plan sont des images miroir les uns des autres.

La frontière entre les cristaux maclés sera un seul plan d’atomes. Il n’y a pas de région de désordre et les atomes limites peuvent être considérés comme appartenant aux structures cristallines des deux macles.

Il existe trois modes de formation de cristaux maclés. Les macles sont soit grossies lors de la cristallisation, soit issues d’un travail mécanique ou thermique. Les jumeaux développés sont le résultat d’une interruption ou d’un changement du réseau pendant la formation ou la croissance en raison d’une déformation possible d’un ion de substitution plus grand. Les macles de recuit ou de transformation sont le résultat d’un changement de système cristallin pendant le refroidissement, car une forme devient instable et la structure cristalline doit se réorganiser ou se transformer en une autre forme plus stable. La déformation ou les macles glissantes sont le résultat d’une contrainte sur le cristal après sa formation.

Défauts groupés – Défauts volumiques

Les défauts macroscopiques tridimensionnels sont appelés défauts massifs. Ils se produisent généralement à une échelle beaucoup plus grande que les défauts microscopiques. Ces défauts macroscopiques sont généralement introduits dans un matériau lors de l’affinage à partir de son état brut ou lors des processus de fabrication. Ceux-ci incluent les fissures, les pores, les inclusions étrangères et d’autres phases. Le travail et le forgeage des métaux peuvent provoquer des fissures qui agissent comme des concentrateurs de contraintes et fragilisent le matériau. Tout défaut de soudure ou d’assemblage peut également être classé comme défaut global.

• Défauts tridimensionnels macroscopiques ou massifs, tels que pores, fissures ou inclusions.
• Vides – petites régions où il n’y a pas d’atomes et qui peuvent être considérées comme des grappes de lacunes.
• Les impuretés peuvent se regrouper pour former de petites régions d’une phase différente. Ceux-ci sont souvent appelés précipités.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir au dessus:

Défauts cristallographiques