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Science et génie des matériaux IV – transformations allotropiques David Horwat EEIGM – 3° étage

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Présentation au sujet: "Science et génie des matériaux IV – transformations allotropiques David Horwat EEIGM – 3° étage"— Transcription de la présentation:

1 Science et génie des matériaux IV – transformations allotropiques David Horwat EEIGM – 3° étage

2 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

3 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, lenthalpie est lénergie stockée dans les liaisons chimiques. Elle est fonction de la température et de la pression imposées (voir partie 3). S est lentropie. 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 déquilibre est celle qui présente la plus faible enthalpie libre. Lenthalpie libre G de chacune des structures possibles évolue avec la température

4 Origine des transformations allotropiques G G Température Enthalpie libre G TcTc Phase Tc est la température critique à laquelle se produit théoriquement la transformation allotropique Transformation allotropique induite thermiquement à pression constante G -> T

5 Notions de thermodynamique et de cinétique La phase déquilibre à la température T est la phase La transformation allotropique -> est possible Une énergie dactivation G * résiste à la transformation. La transformation se produit à la vitesse Le matériau est chauffé depuis les basses températures jusquà la température T

6 Le même type dapproche peut être appliquée pour les transformations allotropiques à température constante et pression variable.

7 Transformations allotropiques des métaux purs

8 Influence de la température Transformations sans changement de volume 1340 ° C

9 Transformations avec changement de volume Influence de la température Redevient CC

10 Transformations avec changement de volume Influence de la température V = 26 % Structure cubique diamant Structure quadratique centrée

11 Influence de la température Certains métaux présentent plus de deux formes allotropiques par exemple:

12 Influence de la pression G G Pression Energie libre G 140 kbar Phase

13 Intérêt des transformations allotropiques Lorsque plusieurs formes allotropiques existent, il est possible de contrôler la structure déquilibre 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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