Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Comprendre les mécanismes élémentaires de migration des joints de grains sous contrainte

 

Porteurs/participants : N. Combe (SiNano), M. Legros (PPM), F. Mompiou (PPM)

 

Contexte

Les métaux nanocristallins ont des propriétés mécaniques exceptionnelles, mais une ductilité souvent faible. Dans certains cas, cette ductilité peut être accrue par des mécanismes élémentaires de déformation mal connus mais qui mettent en jeu directement les joints de grains et leurs défauts spécifiques. La croissance de grains sous contrainte,le glissement intergranulaire ou la migration-cisaillement font partie de ces mécanismes et focalisent une recherche de plus en plus quantitative. Une meilleure connaissance de ces mécanismes est un pré-requis indispensable en vue de l’amélioration de matériaux nanostructurés, que ce soit pour des applications en microélectronique (films minces) ou des matériaux de structures à grains fins.

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Gauche : Image MET issue d’une séquence in-situ montrant une disconnection (marche de 2 nm) à l’interface entre deux grains (G1-G2). A droite, simulation atomistique montrant la nucléation d’une paire de disconnections le long du joint de grain.

 

Objectifs

Dans cette opération, nous combinerons simulations numériques atomistiques et expériences in-situ en microscopie électronique en transmission, afin d’identifier les mécanismes élémentaires mis en jeu à l’échelle atomique avec une attention particulière sur le rôle de défauts d’interface appellés disconnections. Nous restreindrons nos objectifs à des matériaux simples élaborés en couches minces polycristallins et à des matériaux modèles bicristallins. Nous conduirons des expériences in-situ dans lesquelles la nucléation, la dynamique des disconnections et leurs interactions avec les dislocations seront observées. D’autre part le détail des mécanismes atomiques ainsi que leur énergétique (énergies d’activation de nucléation et migration des disconnections) seront étudiés par des simulations en dynamique moléculaire par la méthode de Nudge elastic band.

 

Moyens utilisés

Equipements et service microscopie, service préparation, centre de calcul CALMIP