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L'IMPLANTATION IONIQUE EST UNE TECHNIQUE DE TRAITEMENT DE SURFACE SUSCEPTIBLE D'AMELIORER, DANS CERTAINES CONDITIONS, LES PROPRIETES MECANIQUES DES MATERIAUX. PARMI LES AMELIORATIONS QUI PEUVENT ETRE OBTENUES PAR UNE UTILISATION JUDICIEUSE DE CETTE TECHNIQUE ON PEUT CITER: L'AUGMENTATION DE LA DURETE, DU MODULE ELASTIQUE, DE LA TENACITE, UNE DIMINUTION DU COEFFICIENT DE FROTTEMENT ET D'USURE, UNE AUGMENTATION DE LA RESISTANCE A LA CORROSION, TOUT CECI AYANT POUR CONSEQUENCE UNE AUGMENTATION DE LA DUREE DE VIE. NOUS NOUS SOMMES INTERESSES EN PARTICULIER AU CAS DE L'IMPLANTATION D'IONS ZIRCONIUM, CUIVRE ET TITANE (ENERGIE 170 KEV) DANS DES CERAMIQUES TELLES QUE L'ALUMINE- ET LA ZIRCONE. POUR CHAQUE ESPECE L'IMPLANTATION A ETE FAITE SOIT AVEC UNE FAIBLE DOSE, SOIT AVEC UNE OU DEUX FORTES DOSES, SUIVIE D'UN TRAITEMENT THERMIQUE. L'ETUDE PORTE SUR LES MODIFICATIONS DE LA DURETE, DU MODULE ELASTIQUE, DE LA TENACITE, ET SUR LA MESURE DES CONTRAINTES RESIDUELLES COMPRESSIVES INDUITES PAR L'IMPLANTATION OU LES POST-TRAITEMENTS THERMIQUES QUI ONT UN ROLE CAPITAL SUR LES TRANSFORMATIONS STRUCTURALES ET LES PROPRIETES MECANIQUES. LE BUT DE CETTE RECHERCHE A ETE DE CORRELER LES MODIFICATIONS DES PROPRIETES MECANIQUES AVEC LES CHANGEMENTS STRUCTURAUX SUBIS, ETUDIES GRACE A DES ANALYSES PHYSICO-CHIMIQUES UTILISANT DIFFERENTES METHODES. LES PROPRIETES ELASTIQUE ET PLASTIQUE DES COUCHES IMPLANTEES DONT L'EPAISSEUR EST DE L'ORDRE DE 100 NM ONT ETE CARACTERISEES PAR LE PUISSANT MOYEN D'INVESTIGATION QU'EST LA MICROSONDE MECANIQUE. CECI A PERMIS DE MONTRER, QUE CERTAINES FLUENCES ET CERTAINES TEMPERATURES DE RECUITS THERMIQUES SONT FAVORABLES A L'AMELIORATION DES PROPRIETES MECANIQUES
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L'IMPLANTATION IONIQUE FAIT PARTIE AUJOURD'HUI DES PROCEDES UTILISES DEPUIS PEU POUR TRAITER LES METAUX, EN PARTICULIER DES PIECES MECANIQUES A FORTE VALEUR AJOUTEE, COMME PAR EXEMPLE LES PROTHESES ORTHOPEDIQUES DE FEMUR. LES EPAISSEURS TRAITEES SONT TOUTEFOIS DE L'ORDRE DE QUELQUES CENTAINES DE NANOMETRES. POUR ACCROITRE LE CHAMP D'APPLICATIONS DE L'IMPLANTATION, UN TRAITEMENT A HAUTE ENERGIE (E = 1MEV) ET A FORTE DOSE (D = 10 1 8 N +.CM 2) SUIVI D'UN RECUIT PEUT ETRE UNE PISTE INTERESSANTE : EN EFFET, UN RECUIT SOUS ATMOSPHERE CONTROLEE CONSTITUE UN MOYEN SIMPLE ET EFFICACE POUR REPARTIR DE FACON HOMOGENE PAR DIFFUSION LES ATOMES IMPLANTES ET AUGMENTER LES EFFETS DURCISSANT ESSENTIELLEMENT PAR PRECIPITATION. COMPTE TENU DES FAIBLES EPAISSEURS DE TRAITEMENT ET DE LA VARIATION IMPORTANTE DES PROPRIETES DANS L'EPAISSEUR, LA NANOINDENTATION S'AVERE ETRE LA SEULE TECHNIQUE DE CARACTERISATION MECANIQUE SUFFISAMMENT SENSIBLE POUR COMPRENDRE LES EFFETS DU TRAITEMENT. CEPENDANT, POUR UNE ETUDE COMPLETE, UNE APPROCHE PLURIDISCIPLINAIRE COMBINANT PLUSIEURS TECHNIQUES DE CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE A ETE INDISPENSABLE. LA DIFFRACTION DES RAYONS X, L'ANALYSE PAR REACTION NUCLEAIRE (NRA) ET LA NANOINDENTATION ONT PERMIS DE SUIVRE L'EVOLUTION DE LA CONCENTRATION DES ATOMES D'AZOTE IMPLANTES DANS UN ACIER INOXYDABLE 316L AINSI QUE LES TRANSFORMATIONS STRUCTURALES EN FONCTION DES CONDITIONS D'IMPLANTATION ET DE RECUIT. AVANT DE CARACTERISER MECANIQUEMENT LES COUCHES MODIFIEES PAR IMPLANTATION A HAUTE ENERGIE, NOUS AVONS MENE SUR DES METAUX PURS UN CERTAIN NOMBRE DE TESTS PRELIMINAIRES, POUR COMPRENDRE LES PROBLEMES ASSOCIES A LA TECHNIQUE D'INDENTATION INSTRUMENTEE ET POUR EN APPRECIER LA SENSIBILITE. NOUS AVONS TOUT D'ABORD QUANTIFIE LES EFFETS DE CERTAINS ELEMENTS PERTURBATEURS COMME LA RUGOSITE OU L'ORIENTATION CRISTALLINE. PUIS, AVEC L'APPUI DE LA SIMULATION PAR ELEMENTS FINIS, NOUS AVONS RELIE DES GRANDEURS DE LA LOI DE COMPORTEMENT (LIMITE ELASTIQUE, ECROUISSAGE) A CERTAINS PARAMETRES DEDUITS DE LA COURBE CHARGE/DEPLACEMENT (RETOUR ELASTIQUE ET INDEX DE PLASTICITE).
Author: Patrick Villechaise Publisher: ISBN: Category : Metals Languages : fr Pages : 391
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LES EFFETS INDUITS SUR LE COMPORTEMENT EN FATIGUE PLASTIQUE DE MATERIAUX METALLIQUES PAR DEUX TYPES DE TRAITEMENT DE SURFACE, IMPLANTATION IONIQUE DIRECTE ET MIXAGE IONIQUE DYNAMIQUE, ONT ETE ETUDIES. LEUR APPLICATION A UN SUBSTRAT MONOCRISTALLIN DE CUIVRE A PERMIS DE PRECISER LES RELATIONS ENTRE LA RESISTANCE A LA RUPTURE DES COUCHES SUPERFICIELLES ET LES PROCESSUS D'ACCOMMODATION DE LA DEFORMATION PLASTIQUE CYCLIQUE DANS LE SUBSTRAT. IL A AINSI ETE ETABLI QU'UNE FORTE LOCALISATION DE LA DEFORMATION (CAS DES CRISTAUX 110 ET 100) ENTRAINAIT UN CISAILLEMENT DES COUCHES IMPLANTEES OU DEPOSEES, ALORS QU'A L'OPPOSE UNE DISTRIBUTION HOMOGENE DE LA DEFORMATION (CAS DES CRISTAUX 111) FAVORISAIT LES EFFETS DE BLOCAGE DES GLISSEMENTS EN SURFACE, ENTRAINANT ALORS DANS CE CAS UNE MODIFICATION DU COMPORTEMENT CYCLIQUE VOLUMIQUE DU MATERIAU (AUGMENTATION PROGRESSIVE DU DURCISSEMENT CYCLIQUE), L'EFFET ETANT MAXIMAL DANS LE CAS DES DEPOTS. CETTE ETUDE, QUI A NECESSITE UNE ANALYSE PREALABLE DU COMPORTEMENT CYCLIQUE ET DES MODES DE DEFORMATION PLASTIQUE CYCLIQUE DE CRISTAUX A GLISSEMENTS MULTIPLES NON TRAITES, A EN OUTRE PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE UN PHENOMENE DE GLISSEMENT DES PLANS CUBIQUES 100 DANS LES CRISTAUX 111 QUI N'AVAIT PAS ENCORE ETE RELEVE DANS LES MATERIAUX CUBIQUES A FACES CENTREES SOLLICITES EN FATIGUE A TEMPERATURE AMBIANTE. L'IMPLANTATION IONIQUE A ETE APPLIQUEE A DEUX MATERIAUX POLYCRISTALLINS (CUIVRE, ACIER INOXYDABLE DE TYPE 316L). IL A ETE MONTRE QUE DES EFFETS MARQUES DE BLOCAGE DES GLISSEMENTS EN SURFACE ETAIENT OBTENUS, MAIS QU'ILS N'ENTRAINAIENT PAS D'AMELIORATIONS IMPORTANTES DE LA RESISTANCE A LA FATIGUE PLASTIQUE DE CES MATERIAUX, DU FAIT D'UN AMORCAGE DE FISSURES AU NIVEAU DES JOINTS DE GRAINS (CUIVRE) OU DES RARES BANDES DE GLISSEMENT CISAILLANT LA COUCHE IMPLANTEE (316L). LE PROCEDE DE MIXAGE IONIQUE DYNAMIQUE A PERMIS L'ELABORATION DE DEPOTS DE STRUCTURE AMORPHE (NITI) OU NANOCRISTALLINE (AL,NI), DURS ET TRES ADHERENTS SUR LE 316L (ADHERENCE LIMITEE SUR LE CUIVRE. DES EFFETS DE BLOCAGE INTEGRAL DES GLISSEMENTS EN SURFACE ONT ALORS PERMIS D'OBTENIR DES AUGMENTATIONS CONSIDERABLES DES DUREES DE VIE DU 316L DANS LE DOMAINE DE LA FATIGUE PLASTIQUE. LE ROLE DE PARAMETRES TELS QUE L'EPAISSEUR ET LA NATURE DES DEPOTS, COUPLES AVEC LES EFFETS DE L'ENVIRONNEMENT ET DE L'AMPLITUDE DE SOLLICITATION CYCLIQUE ONT ETE MIS EN EVIDENCE
Author: MARYLU.. ALLOUARD LEON Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 152
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CE TRAVAIL PORTE SUR DEUX ASPECTS DIFFERENTS DE LA FABRICATION DES COUCHES DURES PAR IMPLANTATION IONIQUE. D'UNE PART, NOUS AVONS REALISE DES FILMS DE CARBONE PUR (SANS HYDROGENE) PAR DEPOT IONIQUE A DIFFERENTES ENERGIES COMPRISES ENTRE 0.1 ET 2 KEV SUR DES SUBSTRATS SI, SIC ET DES ALLIAGES DE TITANE. NOUS AVONS CARACTERISE CES FILMS PAR EMISSION DE RAYONS X MOUS, PAR ELLIPSOMETRIE ET PAR MESURE DE COEFFICIENT DE FROTTEMENT. LES FILMS IMPLANTES A DES ENERGIES DE 1 ET 2 KEV APPARAISSENT COMME UN MATERIAU HOMOGENE, CONTINUMENT DESORDONNE, TRES DUR DONT LES PROPRIETES ELECTRONIQUES SERAIENT CELLES D'UN DIAMANT AMORPHE. NOUS PROPOSONS UN MECANISME DE FORMATION PAR FAISCEAUX D'IONS DU CARBONE ADAMANTIN. DEUX CONDITIONS DOIVENT ETRE PRESENTES SIMULTANEMENT: UN SUBSTRAT (INTERFACE DE TYPE SIC PAR EX) DE LIAISON SP QUI SERT DE REPLIQUE A LA CROISSANCE DU CARBONE, ET UNE VALEUR MINIMUM D'ENERGIE DEPOSEE PAR COLLISIONS ELECTRONIQUES. D'AUTRE PART, NOUS AVONS ETUDIE POUR LA PREMIERE FOIS LES EFFETS DE L'IMPLANTATION DANS LE CAS DES CERAMIQUES FRITTEES DU TYPE SIC ET ZRO PSY 8 %. LES MESURES DU COEFFICIENT DE FROTTEMENT MONTRENT QUE L'IMPLANTATION A L'AMBIANTE AMELIORE LES PROPRIETES SUPERFICIELLES DES ECHANTILLONS MAIS QUE CET EFFET BENEFIQUE DISPARAIT AVEC LE RECUIT. DANS LE CAS DES ZIRCONES NOUS OBSERVONS UNE MODIFICATION DE LA REPARTITION DE L'ELEMENT IMPLANTE AVEC LE TRAITEMENT THERMIQUE. LA SEGREGATION ET/OU LA PRECIPITATION APRES RECUIT DE CERTAINS ELEMENTS IMPLANTES ONT ETE MISES EN EVIDENCE. CE TRAVAIL DEMONTRE QUE DES ETUDES SUR DES MATERIAUX REELS, PLUTOT QUE SUR DES CERAMIQUES MONOCRISTALLINES, COMME CELA A ETE JUSQU'ICI LE CAS, SONT NECESSAIRES AVANT DE CONCLURE A L'AMELIORATION DES PROPRIETES SUPERFICIELLES DES CERAMIQUES PAR IMPLANTATION IONIQUE
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L'AMELIORATION DES PROPRIETES DE SURFACE DE MATERIAUX CERAMIQUES NECESSITE LA MISE EN UVRE DE DIFFERENTES TECHNIQUES DE TRAITEMENT DE SURFACE. PARMI CELLES-CI, L'IMPLANTATION IONIQUE PRESENTE L'ORIGINALITE DE CREER DANS DES CONDITIONS HORS EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE UNE COUCHE FINE DE COMPOSITION DETERMINEE, CARACTERISEE PAR DES PROPRIETES (MECANIQUES, ELECTRIQUES) DIFFERENTES DU MATERIAU NON TRAITE. LE SUJET DE THESE CONSISTE A REALISER DES IMPLANTATIONS A FORTES DOSES D'IONS METALLIQUES (ZIRCONIUM, FER, CUIVRE ET ALUMINIUM) DANS DES CERAMIQUES A USAGE REPANDU: L'ALUMINE POLYCRISTALLINE ET LA ZIRCONE TOTALEMENT STABILISEE. LA MISE EN UVRE DE TECHNIQUES COMPLEMENTAIRES D'ANALYSE DE SURFACE PERMET DE REALISER UNE ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE ET STRUCTURALE DE LA COUCHE IMPLANTEE, EN FONCTION DE LA NATURE DE L'ION, DE PARAMETRES D'IMPLANTATION (TEMPERATURE, DOSE, ENERGIE) ET DE TRAITEMENTS THERMIQUES REALISES A L'ISSUE DE L'IMPLANTATION A DIVERSES TEMPERATURES ET SOUS ATMOSPHERE CONTROLEE. LES TECHNIQUES UTILISEES SONT LES METHODES NUCLEAIRES (SPECTROMETRIES DE RETRODIFFUSION ET DE REACTIONS NUCLEAIRES, SPECTROSCOPIE MOSSBAUER A ELECTRONS DE CONVERSION), LA DIFFRACTION X SOUS INCIDENCE RASANTE, LA SPECTROSCOPIE ESCA, LES MICROSCOPIES ELECTRONIQUES A BALAYAGE ET A TRANSMISSION. L'UTILISATION ET LA MISE AU POINT DE PROGRAMMES DE CALCUL PERMET UNE DESCRIPTION QUALITATIVE ET QUANTITATIVE DES PHENOMENES LIES A L'INTERACTION PARTICULE-MATIERE. CES CALCULS SONT CONFRONTES AUX RESULTATS EXPERIMENTUX DELIVRES PAR LES METHODES NUCLEAIRES. LES TECHNIQUES D'ANALYSE CHIMIQUE ET STRUCTURALE METTENT EN EVIDENCE LES DIFFERENTS ETATS DE CHARGE ET PHASES ASSOCIES AUX ELEMENTS IMPLANTES AVANT ET APRES TRAITEMENT THERMIQUE: FORMATION DE COMPOSITES METAL-CERAMIQUE ET CERAMIQUE-CERAMIQUE SUIVANT LES CONDITIONS DE TRAITEMENT. L'INFLUENCE DE CES DIFFERENTS TRAITEMENTS SUR LES PROPRIETES MECANIQUES EST ETUDIEE AU SEIN D'UNE COLLABORATION ENTRE PLUSIEURS EQUIPES DE RECHERCHE
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L'IMPLANTATION IONIQUE EST UN TRAITEMENT DE SURFACE QUI PERMET D'AMELIORER LES PROPRIETES MECANIQUES DES ACIERS. SON INFLUENCE SUR LE COMPORTEMENT ELECTROCHIMIQUE DES MATERIAUX TRAITES EST TRES CONTROVERSEE ET DEPEND ESSENTIELLEMENT DES CONDITIONS D'IMPLANTATION. AU COURS DE NOTRE ETUDE, NOUS AVONS CONSTATE QUE TOUS LES ECHANTILLONS IMPLANTES EN IONS MO, N ET NE PRESENTAIENT UNE DIMINUTION DE LA RESISTANCE A LA CORROSION PAR PIQURE, DIMINUTION D'AUTANT PLUS IMPORTANTE QUE LA DOSE ET LA GROSSEUR DE L'ION IMPLANTE SONT PLUS ELEVEES. L'ACTION CHIMIQUEMENT FAVORABLE DES IONS MO ET N SEMBLE INTERVENIR DANS L'EVOLUTION DU FILM PASSIF AU COURS DE L'IMMERSION PROLONGEE DE L'ECHANTILLON ET PERMET DE RESTREINDRE L'EFFET NEFASTE DES DEFAUTS. DES ANALYSES DE SURFACE PAR SPECTROMETRIES SIMS ET ESCA ONT MONTRE QUE LES COUCHES D'OXYDE SONT PLUS EPAISSES POUR LES ECHANTILLONS IMPLANTES QUE POUR LES SURFACES NON IMPLANTEES; POUR CES DERNIERES, L'EPAISSEUR DU FILM DIMINUE AU COURS DU VIEILLISSEMENT. LES COUCHES PASSIVES SONT CONSTITUEES D'UNE COUCHE MINCE EXTERNE D'HYDROXYDE PRECEDANT UNE COUCHE D'OXYDE MIXTE DE FER ET DE CHROME PUIS UNE ZONE D'OXYDE ENRICHI EN CHROME. APRES IMMERSION EN MILIEU CHLORURE, UNE TRES FAIBLE PENETRATION DES IONS CHLORURE EST DECELEE. LES PROPRIETES ELECTRIQUES DES FILMS PASSIFS SE DEVELOPPANT SUR LES DIVERS MATERIAUX ONT ENSUITE ETE ETUDIES PAR SPECTROMETRIE D'IMPEDANCE. LES DIAGRAMMES D'IMPEDANCE OBTENUS DANS LE PLAN DE NYQUIST NE PERMETTANT PAS UNE BONNE CARACTERISATION, LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT TRANSFORMES EN CAPACITES COMPLEXES. UN MODELE ORIGINAL A PU ETRE PROPOSE: IL REND COMPTE DU COMPORTEMENT DU FILM PASSIF CONSIDERE COMME UN DIELECTRIQUE, MATERIAU HOTE, DANS LEQUEL IL Y A INSERTION D'IONS PROVENANT DE L'ELECTROLYTE
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POUR ETUDIER LE ROLE DE LA THERMODYNAMIQUE SUR LA FORMATION DES LIAISONS CHIMIQUES A LA FIN DE LA CASCADE DE COLLISIONS NOUS AVONS IMPLANTE LA CERAMIQUE AIN AVEC DES IONS METALLIQUES DE TI, FE ET CU AVEC UNE FLUENCE DE 4.10#1#6 A 2.4.10#1#7 AT/CM#2 ET DES ENERGIES DE 70, 80 ET 100 KEV UTILISEES AFIN D'OBTENIR UN PROFIL DE DOPAGE SEMBLABLE POUR LES DIFFERENTS IONS. POUR FE ET CU, UNE PARTIE DES IONS A ETE IMPLANTEE A 20 ET 30 KEV POUR OBTENIR UN PROFIL HOMOGENE DANS LES PREMIERS 50 NM. CERTAINS ECHANTILLONS ONT ETE RECUITS A 800C PENDANT 1 H. IL N'Y A JAMAIS D'AMORPHISATION DU SUBSTRAT. LA DISTRIBUTION DES IONS DANS LA MATRICE A ETE ANALYSEE PAR RETRODIFFUSION RUTHERFORD ET REACTION NUCLEAIRE RESONNANTE. UNE SATURATION DU NOMBRE D'IONS IMPLANTES A PARTIR DE 1.3.10#1#7 AT/CM#2 EST PRINCIPALEMENT DUE A L'AUGMENTATION DU COEFFICIENT DE L'AUTO-PULVERISATION DE L'ION IMPLANTE EN FONCTION DE LA FLUENCE. UNE PERTE DE CU APRES LE RECUIT ET UN AMINCICEMENT DU PROFIL ACCOMPAGNE PAR UNE AUGMENTATION DE LA CONCENTRATION MAXIMALE DANS LE CAS DE FE ET TI SONT INTERPRETES DANS LE CADRE DES LIAISONS FORMEES ET D'UNE CROISSANCE DES GRAINS SUIVANT UN PROCESSUS D'OSWALD. L'ANALYSE DE L'ENVIRONNEMENT LOCAL A ETE EFFECTUEE PAR SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION X. NOUS OBSERVONS LA PRECIPITATION DU CU AVEC LA FORMATION D'AGREGATS, DONT LA TAILLE DE 8 A 40 A, DEPEND DU NOMBRE D'ATOMES IMPLANTES ET DU RECUIT. NOUS PRESENTONS UNE FORMULE SIMPLE POUR LA DETERMINATION DE LA TAILLE D'AGREGAT EN FONCTION DU NOMBRE MOYEN DE VOISINS. DANS LE CAS DE L'IMPLANTATION DE TI IL Y A DES LIAISONS TI-N DANS LE BRUT D'IMPLANTATION ET FORMATION DE PETITS GRAINS DE TIN APRES LE RECUIT. LE FE MONTRE AUSSI UNE PRECIPITATION ET LA FORMATION DES LIAISONS FE-N. LA COMPARAISON DES TROIS SYSTEMES INDIQUE QUE LA PHASE FORMEE PEUT ETRE PREVUE EN COMPARANT LA CHALEUR DE FORMATION DES PHASES POSSIBLES. LA CHARGE ATTRIBUEE AU SITE CRISTALLIN ET LA TAILLE DE L'ION IMPLANTE SONT DES PARAMETRES SUPPLEMENTAIRES QUI DETERMINENT LA FORMATION DES LIAISONS DANS LE SYSTEME AIN/METAL. AVEC L'OBSERVATION DE LA MODIFICATION DE LA STRUCTURE ELECTRONIQUE POUR DES AGREGATS DE CU D'UNE TAILLE EGALE OU INFERIEURE A 10 A NOUS PRESENTONS LES PREMIERS RESULTATS SUR LES PROPRIETES DES AGREGATS
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ETUDE EXPERIMENTALE DU COMPORTEMENT TRIBOLOGIQUE DE PLUSIEURS COUPLES CERAMIQUE/CERAMIQUE ET CERAMIQUE/METAL. LES MATERIAUX ETUDIES SONT: LE CUIVRE, LE NICKEL, LE TITANE, ET L'ALUMINIUM (POUR LES METAUX), L'ALUMINE, LE CARBURE DE SILICIUM ET LA ZIRCONE PARTIELLEMENT STABILISEE (POUR LES CERAMIQUES). LES ESSAIS DE FROTTEMENT ONT ETE REALISES A L'AIDE D'UN TRIBOMETRE TRAVAILLANT DANS UNE CONFIGURATION DU TYPE SPHERE/PLAN. NOUS AVONS EN PARTICULIER ANALYSE L'INFLUENCE DE L'HUMIDITE RELATIVE ET DE LA CHARGE APPLIQUEE SUR LE COMPORTEMENT TRIBOLOGIQUE DES DIFFERENTS COUPLES TESTES. LES MECANISMES D'USURE ONT ETE CARACTERISES PAR RUGOSIMETRIE TACTILE TRIDIMENSIONNELLE ET PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE (MEB). LA SPECTROSCOPIE DE PHOTOELECTRONS (ESCA) ET LA SPECTROMETRIE DE RAYONS X A DISPERSION EN ENERGIE (EDS) ONT ETE MISES EN UVRE POUR ETUDIER LES REACTIONS TRIBOCHIMIQUES ET CARACTERISER LE TROISIEME CORPS. DANS LE CAS DES COUPLES CERAMIQUE/METAL, NOS RESULTATS MONTRENT QUE L'ADHESION A L'INTERFACE JOUE UN ROLE DETERMINANT DANS LA DETERIORATION DE LA SURFACE. AU COURS DU FROTTEMENT, DES JONCTIONS SE FORMENT ET SONT ROMPUES PAR CISAILLEMENT DANS LE METAL QUI EST TRANSFERE SUR LA CERAMIQUE. LA FORMATION DES LIAISONS INTERFACIALES DEPEND FORTEMENT DE L'APTITUDE DU METAL A L'ADHESION (REACTIVITE) ET EST INFLUENCEE PAR L'HUMIDITE. LE TAUX D'HUMIDITE RELATIVE INFLUENCE EGALEMENT, DE MANIERE DETERMINANTE, LE COMPORTEMENT TRIBOLOGIQUE DES COUPLES CERAMIQUE/CERAMIQUE TESTES. NOUS AVONS CONSTATE DANS TOUS LES CAS UNE NETTE DIMINUTION DU FROTTEMENT ET DE L'USURE LORSQUE L'HUMIDITE CROIT. DES OXYDES (OU HYDROXYDES) SE FORMENT A LA SURFACE DES CERAMIQUES ET JOUENT LE ROLE DE LUBRIFIANT. LES PROPRIETES TRIBOLOGIQUES DES CERAMIQUES DEPENDENT D'UNE PART DE LA FORMATION ET DE L'EPAISSEUR DE CES FILMS SUPERFICIELS, D'AUTRE PART DE LEURS CARACTERISTIQUES MECANIQUES, NOTAMMENT LEUR TENACITE. DANS LE CAS DU COUPLE SIC/SIC, NOUS AVONS ANALYSE FINEMENT L'EVOLUTION DU TROISIEME CORPS AU COURS DU FROTTEMENT ET MIS EN EVIDENCE LE MECANISME D'USURE DE CE MATERIAU. DES RESULTATS CONCERNANT LES EFFETS DE L'IMPLANTATION D'IONS BORE DANS LE NICKEL OU D'IONS CUIVRE ET TITANE DANS SIC SONT EGALEMENT PRESENTES
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L'objectif de cette thèse porte sur le développement de nouveaux moyens de caractérisation mécanique de matériaux poreux inorganiques. La technique de microindentation instrumentée avec indenteur sphérique a été utilisée pour déterminer les propriétés mécaniques du plâtre pris, utilisé comme matériau modèle, à deux porosités différentes (30 et 60%vol). Les méthodes analytiques, développées initialement en nanoindentation, ont permis d'extraire la dureté et le module d'élasticité des deux matériaux, ainsi que les courbes contrainte-déformation d'indentation. Une méthodologie d'essai a été notamment détaillée afin de pouvoir appliquer cet essai d'indentation sphérique à l'étude de céramiques à forte porosité. Une approche numérique a permis de compléter les méthodes analytiques et d'identifier une loi de comportement élastoplastique pour le matériau modèle. Un modèle éléments finis 2D-axisymétrique a ainsi été développé pour simuler les essais d'indentation sphérique. Un module d'indentification inverse, MIC2M, a ensuite été utilisé pour identifier les paramètres associés au critère de Drücker-Prager (cohésion, frottement et dilatance) pour minimiser l'erreur entre la courbe expérimentale et numérique. La simulation de l'indentation Vickers, ainsi que des essais de compressions uniaxiaux et œdométriques ont permis de valider les paramètres matériaux identifiés par indentation sphérique. L'utilisation des techniques de tomographie aux rayons X et de microscopie électronique à balayage (MEB) a permis de mettre en évidence une densification du matériau au cours de l'indentation. Aucune fissure macroscopique fragile n'a par contre été observée, confirmant les différences de comportement mécanique entre des céramiques à fort taux de porosité et des céramiques denses. La méthodologie ainsi développée a ensuite été appliquée au cas d'une céramique biorésorbable à base de phosphate de calcium, famille de matériaux largement utilisée pour la substitution osseuse. Des cylindres de ciments brushitique ont subi un vieillissement in vitro d'une durée maximale de deux mois dans une solution de Phosphate Buffered Saline rafraichie. La méthode de microindentation a permis de suivre l'évolution des différents paramètres mécaniques au cours de la cinétique de dégradation des ciments. Les résultats ont montré une bonne corrélation entre les évolutions des propriétés mécaniques et physicochimiques des échantillons, suivies par diffraction des rayons X et MEB. Ainsi, après une dissolution initiale du ciment, la précipitation de nouvelles phases de phosphates de calcium plus stables a entraîné une augmentation des caractéristiques mécaniques en cours de vieillissement, mesurées par indentation. Cette méthode d'essai semble donc être un outil prometteur pour le suivi des propriétés d'explants biomédicaux et, plus généralement, des céramiques à fortes porosités.
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Le matériau céramique que nous avons étudié est un nitrure de silicium obtenu par frittage naturel. Ce matériau biphase est constitué d'une phase principale correspondant à une solution solide de type Sialon et d'une phase secondaire cristallisée en grenat d'yttrium et d'aluminium après traitement thermique post-frittage. Le premier point de cette étude concerne la caractérisation mécanique du matériau à haute température avec une attention toute particulière à 1250 C. A cet effet, des essais de flexion 4 points, de traction et de compression ont été réalisés en utilisant la technique du dip-test. Ceux-ci ont mis en évidence un comportement viscoplastique, asymétrique en traction-compression avec apparition d'une contrainte interne lors du processus de déformation. sur cette base expérimentale, une loi de comportement tridimentionnelle, viscoplastique, non associée, caractérisée par un critère d'écoulement de Drucker-Prager et une règle d'écrouissage cinématique, a été proposée. Le deuxième point concerne l'implantation de lois de comportement viscoplastique dans le code d'éléments finis Zébulon. Une formulation générale de ces lois a été définie dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. La plasticité y est traitée comme un cas particulier de la viscoplasticité. Cette formulation permet d'écrire un programme standard prenant en compte le comportement non linéaire d'une grande variété de matériaux tels que les métaux, les alliages, les roches, les sols ou les céramiques. L'utilisation d'une méthode d'intégration implicite, appelée thêta-Newton, permet l'évaluation d'une matrice tangente viscoplastique
Author: LAMRI.. BOUDOUKHA
Author: Hervé Pelletier
Author: Patrick Villechaise
Author: MARYLU.. ALLOUARD LEON
Author: Christophe Donnet
Author: REGINE.. DEVAUX
Author: MICHAEL.. BOROWSKI
Author: ZOLTAN.. SZIGA
Author: Phillipe Clément
Author: Didier Croizet