Défauts linéaires Dislocations

  Résistance méchanique silicates, oxides etc. metal Mechanical properties Résistance méchanique silicates, oxides etc.  metal Material Young‘s modulus E (GPa) déformation élastique diamant 1210, 970 Al2 O3 (s,p) 460, 390 MgO(s) 250 SiC (p) 560 Verre 70 - 80 Aluminium 60 -75 Acier 190 déformation plastique  relation contrainte - déformation

Dislocations Une dislocation est une perturbation linéaire de l’arrangement périodique des atomes dans un cristal. On connaît trois types de dislocations: . Three types of dislocations are known: coin, vis et mixte. Dislocatoin coin La bordure d’un plan atomique qui se termine à l’intérieur d’un cristal est appelée une dislocation coin: Demi-plan d’atomes se terminant à l’intérieur du cristal Bordure inférieure du demi-plan atomique = dislocation qui est perpendiculaire au plan du dessin structure parfaite structure perturbée structure parfaite

Vecteur de Burgers Caractérisation du circuit de Burgers Vecteur fermant le circuit = vecteur de Burgers 6 translations vers la gauche Si un tel circuit ne se ferme pas, il y a une dislocation présente à l’intérieur du circuit. L’orientation et la longueur du vecteur qui ferme le circuit = le vecteur de Burgers caractérise la dislocation. Pour une dislocation coin le vecteur de Burgers est perpendiculaire à la ligne de dislocation. Si la longueur du vecteur de Burgers correspond à un vecteur du réseau la dislocation est parfaite. point de départ 6 translations vers le haut 6 translations vers le bas 6 translations vers la droite

Dislocation vis Le vecteur de Burgers d’une dislocation vis est parallèle à la ligne de dislocation ligne de dislocation début du circuit de Burgers vecteur de Burgers

Dislocation mixte Les dislocations mixtes sont des défauts linéaires avec des vecteurs de Burgers, qui ne sont ni parallèles ni perpendiculaires à la ligne de dislocation. Atomes des deux plans sont de nouveau alignés Dislocation coin positive Déplacé d’une unité de maille Dislocation vis négative Dislocation coin positive Dislocation coin négative Pour des dislocations mixtes l’orientation du vecteur de Burgers par rapport à la ligne de dislocation change continuellement entre coin et vis.

Glissement de disloction direction du glissement plan de glissement le système de glissement est caractérisé par [u v w] (h k l) vecteur de Burgers plan de glissement t1 t2 t3 Dislocations coin: Le plan de glissement est toujours parallèle à la ligne de dislocation coin et au vecteur Burgers. Dislocations vis: Le plan de glissement peut avoir toutes les orientations qui contiennent le vecteur de Burgers. t4 t5 t6 t7

Montée de dislocations coin indique la première et deuxième colonnes d‘atomes dans le demi-plan lacunes plan de glissement diffusion de lacunes vers la ligne de dislocation coin ancien plan de glissemet Si tous les atomes dans la première colonne d‘atomes sautent au fur et à mesure dans des lacunes de la matrice adjacente, la ligne de la dislocation coin et le plan de glissement monte d’une periodicité perpendiculairement à l‘ancien plan de glissement continuation de la montée Seulement des dislocations coin peuvet monter

Plan de glissement Image de microscopie optique de la surface d‘un fil de fer déformé par une flexion (en haut). Les lignes fines visibles sur la surface du fil correspondent à l‘intersection de plan de glissement avec cette dernière.

Dissociation de dislocation dislocation coin parfaite, vecteur de Burgers: b Dissociation d’une dislocation coin parfaite en deux dislocations coin partielles avec des vecteurs de Burgers b/2. Si les deux dislocations coin partielles glissent dans les directions opposées, un nouveau défaut planaire entre les deux dislocations coin partielles est créé qu’on appelle une limite anti-phase.

Energie d’une dislocation L’énergie élastique d’une dislocation coin est proportionnelle au carré de la longueur du vecteur de Burgers: Eel = Gb2  : const. G: module de cisaillement, propriété élastique du matériau b: Burgers vector Les systèmes de glissements actifs dans des matériaux cristallins ont des vecteurs de Burgers courts. De telles dislocations coins sont plus faciles à créer et à faire glisser. Les vecteurs de Burgers les plus courts sont les vecteurs de base c.à.d. les vecteurs définissant la maille élémentaire: Mailles élémentaires: métaux silicates et oxides Fe 0.248 nm Al2O3 0.479nm Ag 0.288 nm Quartz 0.491, 0.540nm Ni 0.248 nm Olivine 0.475, 1.019, 0.597nm L’énergie (contrainte) nécessaire pour créer et faire bouger des dislocations coins dans des matériaux ioniques est donc beaucoup plus importante que dans des métaux, qui ont en générale des petites mailles. Dans des matériaux ioniques l’activation du glissement est facilitée par l’augmentation de la température.

Sources de dislocations Condensation de lacunes Zone avec une grande concentration de lacunes Diffusion et condensation sur un plan formant deux dislocations coin. Trace de la section montrée en haut à droite En 3D et vue d’en haut les lacunes condensées forment une zone criculaire où tous les atomes manquent. Le bord du disque constitue une dislocation coin.

Source Frank-Read I inclusions contrainte Dislocation circulaire + nouvelle dislocation vis Inclusions, autres défauts ligne de dislocation vis

Source Frank-Read II dislocation coin: b ligne dislocation mixte + - dislocation coin: b ligne dislocation mixte dislocation vis: b ligne polarité négative polarité positive Coupe perpendiculaire le long de la ligne en tiret

Images TEM de dislocations faisceaux d‘électrons incidants Les plans atomiques autour d‘une ligne de dislocation coin sont légèrement courbés faisceaux diffractés diaphragme lentille image en champ clair Les plans atomiques autour d‘une ligne de dislocation coin sont courbés et de ce fait peuvent diffracter les électrons plus facilement. Ces électrons diffractés sont absorbés par le diaphragme et ne contribuent plus à l‘image. La ligne de dislocation coin apparaît comme une ligne noire sur l‘image.

Exemples Image de haute résolution MET. Les lignes blanches correspondent à des plans atomiques dans du silicium pur. On voit très bien le plan qui s’arrête au milieu de l’image (flèche rouge) Image en champ clair MET d’échantillons de MgO déformés sous différentes contraintes..

Déformation d‘olivine Le mécanisme de déformation est contrôlé par la température et le taux de déformation. Les dislocations coins actives changent avec le changement d’un de ces paramètres. L’analyse des dislocations coins permet de reconstruire la température et le style de déformation. Olivine déformée à 600°C, la microstructure est dominée par la dislocation vis avec b = [001] Olivine déformée à 1000°C. Un grand nombre de dislocations mixtes (courbées) sont visibles à côté des dislocations coins. of dislocation loops are visible (Phakey et al., 1972)

Déformation de Mg2GeO4 Des germanates de magnésium sont des matériaux utilisés pour étudier la déformation de silicates mantélliques. Les mécanismes de déformation dans les germanates sont les mêmes que dans leurs contreparts silicatés, mais ils le font à des températures beaucoup plus basses. La connaissance des mécanismes de déformation du manteau terrestre est importante, si on veut comprendre la dynamique du manteau = tectonique des plaques. Mg2GeO4 déformé avec un taux de déformation très haut. La microstructure est caractérisée par des macles polysynthétiques. Mg2GeO4 déformé avec un taux de déformation moyen. La microstructure est carac-térisée par des dislocations coins dissociées (doubles lignes noires). (Dupas-Bruzek et al., 1998)

Croissance cristalline à l’aide de dislocations vis Croissance à l’aide d’une dislocation vis. L’énergie d’activation est plus petite que pour la formation d’une nouvelle couche (= ilôt) sur une surface plane. Couche infinie qui s’étend autour d’une dislocation vis sur une surface de CdI.

Croissance vis dans de la nacre Couche d’aragonite se propagant autour d’une dislocation vis.