Science et génie des matériaux
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Science et génie des matériaux IV – transformations allotropiques. David Horwat EEIGM – 3° étage [email protected]

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Science et génie des matériaux IV – transformations allotropiques

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Presentation Transcript


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Science et génie des matériaux

IV – transformations allotropiques

David Horwat

EEIGM – 3° étage

[email protected]


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Définition: L'allotropie (du grec allos : autre et tropos matière) est, en chimie, la faculté de certains corps simples d'exister sous plusieurs formes cristallines ou moléculaires différentes.

Les transformation allotropiques sont induites par les conditions extérieures (température et pression).

Carbone graphite

Carbone diamant


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Origine des transformations allotropiques

A pression constante un matériau cherche à prendre la forme structurale qui permet de minimiser son enthalpie libre G = H - TS.

H, l’enthalpie est l’énergie stockée dans les liaisons chimiques. Elle est fonction de la température et de la pression imposées (voir partie 3).

S est l’entropie. Elle est liée au désordre, nous détaillerons sa signification et son influence dans la partie VI.

Pour un corps donné toutes les structures sont a priori envisageables. La structure d’équilibre est celle qui présente la plus faible enthalpie libre.

L’enthalpie libre G de chacune des structures possibles évolue avec la température


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Origine des transformations allotropiques

Transformation allotropique induite thermiquement à pression constante

Enthalpie libre G

G

Ga -> b

G

Phase b

Phase a

Tc

Température

T

Tc est la température critique à laquelle se produit théoriquement la transformation allotropique a <=> b


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Notions de thermodynamique et de cinétique

Le matériau est chauffé depuis les basses températures jusqu’à la température T

La phase d’équilibre à la température T est la phase b. La transformation allotropique a->b est possible.

Une énergie d’activation G* résiste à la transformation. La transformation se

produit à la vitesse


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Le même type d’approche peut être appliquée pour les transformations allotropiques à température constante et pression variable.


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Transformations allotropiques des métaux purs


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Influence de la température

Transformations sans changement de volume

1340°C


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Influence de la température

Transformations avec changement de volume

Redevient CC


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Influence de la température

Transformations avec changement de volume

Structure quadratique centrée

Structure cubique diamant

V = 26 %


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Influence de la température

Certains métaux présentent plus de deux formes allotropiques par exemple:


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Influence de la pression

Energie libre G

G

G

Phase 

Phase a

140 kbar

Pression


Science et g nie des mat riaux iv transformations allotropiques

Intérêt des transformations allotropiques

Lorsque plusieurs formes allotropiques existent, il est possible de contrôler la structure d’équilibre par des traitements thermomécaniques

  • Les conséquences pour les propriétés du matériau sont nombreuses :

    • Affinement des grains

    • Durcissement structural (voir partie 5)

    • etc


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