Que sont les défauts ponctuels – Défauts cristallographiques – Définition

Comme cela a été écrit , un matériau cristallin est un matériau dans lequel les atomes sont situés dans un réseau répétitif ou périodique sur de grandes distances atomiques, c’est-à-dire qu’il existe un ordre à longue portée, tel que lors de la solidification, les atomes se positionneront dans un ordre répétitif à trois modèle dimensionnel, dans lequel chaque atome est lié à ses atomes voisins les plus proches. Mais la réalité est différente, les vrais cristaux ne sont jamais parfaits. Il y a toujours des défauts. L’influence de ces défauts n’est pas toujours défavorable, et souvent des caractéristiques spécifiques sont délibérément façonnées par l’introduction de quantités ou de nombres contrôlés de défauts particuliers.

Défauts ponctuels

Les défauts ponctuels ont des dimensions atomiques, de sorte qu’ils ne se produisent qu’au niveau ou autour d’un seul point du réseau. Ils ne sont étendus dans l’espace dans aucune dimension. Les imperfections ponctuelles dans les cristaux peuvent être divisées en trois catégories principales de défauts.

• Défauts de vacance. Les défauts de vacance résultent d’un atome manquant dans une position du réseau. La stabilité de la structure cristalline environnante garantit que les atomes voisins ne s’effondreront pas simplement autour de la lacune. Le type de défaut de lacune peut résulter d’un tassement imparfait pendant le processus de cristallisation, ou il peut être dû à des vibrations thermiques accrues des atomes provoquées par une température élevée. Tous les solides cristallins contiennent des lacunes et, en fait, il n’est pas possible de créer un tel matériau exempt de ces défauts. Une lacune (ou une paire de lacunes dans un solide ionique) est parfois appelée défaut de Schottky. Ce défaut ponctuel se forme lorsque des ions chargés de manière opposée quittent leurs sites de réseau, créant des lacunes. Ces lacunes sont formées en unités stoechiométriques, pour maintenir une charge globalement neutre dans le solide ionique.
• Défauts de substitution. En raison des limitations fondamentales des méthodes de purification des matériaux, les matériaux ne sont jamais purs à 100 %, ce qui induit par définition des défauts dans la structure cristalline. Les défauts de substitution résultent d’une impureté présente à une position du réseau. Pour le type substitutionnel, les atomes de soluté ou d’impureté remplacent ou se substituent aux atomes hôtes. Plusieurs caractéristiques des atomes de soluté et de solvant déterminent le degré de dissolution du premier dans le second. Celles-ci sont exprimées par les règles de Hume-Rothery. Selon ces règles, des solutions solides de substitution peuvent se former si le soluté et le solvant ont:
  • Rayons atomiques similaires (différence de 15 % ou moins)
  • Même structure cristalline
  • Électronégativités similaires
  • De valence similaire, une solution solide se mélange avec d’autres pour former une nouvelle solution
• Défauts interstitiels. Les défauts interstitiels résultent d’une impureté située au niveau d’un site interstitiel ou d’un des atomes du réseau se trouvant dans une position interstitielle au lieu d’être à sa position sur le réseau. Un auto-interstitiel est un atome du cristal qui est entassé dans un site interstitiel. Dans les métaux, un auto-interstitiel introduit des distorsions et des contraintes relativement importantes dans le réseau environnant car l’atome est sensiblement plus grand que la position interstitielle dans laquelle il se trouve. Les défauts interstitiels sont généralement des configurations à haute énergie, par contre la formation de ce défaut est peu probable. De petits atomes (principalement des impuretés) dans certains cristaux peuvent occuper des interstices sans haute énergie, comme l’hydrogène.
• Défauts de Frenkel. Un défaut de Frenkel ou une paire de Frenkel est une paire voisine d’une lacune et d’un défaut interstitiel. Cela se produit lorsqu’un ion se déplace dans un site interstitiel et crée une vacance. Leur principal mécanisme de génération est l’irradiation des particules. Les défauts de Frenkel sont typiques des dommages causés par les rayonnements causés par les neutrons à haute énergie. Un neutron de 1 MeV peut affecter environ 5000 atomes. La présence de nombreux pics de déplacement modifiera les propriétés du matériau irradié. Un pic de déplacement contient un grand nombre d’interstitiels et de lacunes de réseau.

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.
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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