C5 | Les défauts cristallins

Qu’est-ce qu’un cristal parfait ?

Un cristal dont le motif élémentaire se répète régulièrement à l’infini, sans défaut

Pourquoi les cristaux réels diffèrent-ils des cristaux parfaits ?

Ils présentent des imperfections dans l’organisation de leur réseau atomique

Quelles propriétés les défauts cristallins influencent-ils ?

Les propriétés mécaniques, électriques et optiques

Quels sont les 4 types de défauts cristallins ?

Ponctuels, linéaires, bidimensionnels et tridimensionnels

Qu’est-ce qu’un défaut ponctuel ?

Une anomalie du réseau à l’échelle d’un atome

Qu’est-ce qu’une lacune ?

L’absence d’un atome à un nœud du réseau cristallin

Qu’est-ce qu’un auto-interstitiel ?

Un atome identique à ceux du réseau, déplacé vers un site interstitiel

Qu’est-ce qu’un atome en substitution ?

Un atome étranger occupant un nœud du réseau à la place d’un atome hôte

Qu’est-ce qu’un atome en insertion ?

Un petit atome étranger occupant un espace entre les atomes hôtes

Qu’est-ce qu’une solution solide ?

Un alliage obtenu par substitution ou insertion d’atomes étrangers

Qu’est-ce qu’un champ de contraintes internes ?

Une zone où les atomes du réseau sont comprimés ou distendus

Quel est l’effet des atomes en substitution ou insertion sur l’énergie libre ?

Ils l’augmentent en créant des contraintes internes

Quel est l’effet des atomes étrangers sur la résistance mécanique ?

Ils l’augmentent en rendant la déformation plus difficile

Pourquoi les défauts ponctuels des cristaux ioniques existent-ils par paires ?

Pour respecter l’électroneutralité du cristal

Qu’est-ce qu’un défaut de Schottky ?

L’association d’une lacune cationique et d’une lacune anionique

Qu’est-ce qu’un défaut de Frenkel ?

L’association d’un cation interstitiel et d’une lacune

Dans quels matériaux trouve-t-on les défauts de Schottky et de Frenkel ?

Uniquement dans les cristaux ioniques

Quel phénomène les lacunes permettent-elles ?

La diffusion à l’état solide

Qu’est-ce que la diffusion à l’état solide ?

Le déplacement d’atomes par sauts entre lacunes, sans fusion du matériau

Quel effet les atomes étrangers peuvent-ils avoir sur les isolants ?

Modifier leur conductibilité électrique

Quel effet les défauts de Schottky et de Frenkel ont-ils sur les cristaux ioniques ?

Ils participent à leur conductibilité électrique

Qu’est-ce que l’image latente radiographique ?

L’image invisible présente sur un film exposé mais non développé

De quoi est composée l’émulsion d’un film radiographique argentique ?

De cristaux de bromure d’argent (AgBr) dispersés dans la gélatine

Que provoque un rayon X dans le bromure d’argent ?

L’excitation et l’éjection d’un électron du bromure

Que devient l’électron éjecté dans le cristal ?

Il migre puis se retrouve piégé au niveau d’une imperfection

Pourquoi les ions Ag⁺ interstitiels migrent-ils vers cette imperfection ?

Ils sont attirés par l’accumulation de charges négatives

Quelle réaction produit l’argent métallique ?

Ag⁺ + e⁻ → Ag

Qu’est-ce qu’un germe de développement ?

Un regroupement d’atomes d’argent métallique constituant l’image latente

Pourquoi la gélatine retient-elle le brome ?

Pour empêcher sa recombinaison avec les électrons éjectés

Quelle couleur prend l’argent métallique au développement ?

Noire

Quel est l’effet de la densité des défauts de Frenkel sur le film ?

Elle influence sa photosensibilité

Qu’est-ce qu’une dislocation ?

Un défaut linéaire dans l’arrangement des plans cristallins

Quels sont les 2 types de dislocations ?

Dislocation-coin et dislocation-vis

Qu’est-ce qu’une dislocation-coin ?

L’insertion d’un demi-plan atomique supplémentaire dans le cristal

Qu’est-ce que la ligne d’une dislocation-coin ?

Le bord du demi-plan supplémentaire

Qu’est-ce qu’une dislocation-vis ?

Un défaut où les plans atomiques s’enroulent en hélice autour d’un axe

Qu’est-ce que la ligne d’une dislocation-vis ?

L’axe autour duquel les plans s’enroulent

Qu’est-ce que le vecteur de Burgers b ?

Le vecteur représentant le défaut de fermeture d’un circuit autour d’une dislocation

Quelle est l’orientation du vecteur de Burgers dans une dislocation-coin ?

Perpendiculaire à la ligne de dislocation

Quelle est l’orientation du vecteur de Burgers dans une dislocation-vis ?

Parallèle à la ligne de dislocation

Deux types de dislocations peuvent-ils coexister ?

Oui, une dislocation peut présenter des portions coin et vis

Quels phénomènes peuvent créer des dislocations ?

Compression ou cycles de chauffage et refroidissement

Dans quels matériaux cristallins trouve-t-on des dislocations ?

Métaux, céramiques cristallisées et cristaux ioniques

Quel est l’effet d’une dislocation sur l’énergie libre du cristal ?

Elle l’augmente par déformation élastique locale du réseau

Qu’est-ce que la densité de dislocations ?

La longueur totale des lignes de dislocation par unité de volume

Quel défaut permet la déformation plastique des métaux ?

Les dislocations

Qu’est-ce que le glissement des dislocations ?

Leur déplacement sous l’effet de contraintes extérieures

Dans quels plans s’effectue préférentiellement le glissement ?

Les plans atomiques denses

Dans quelles directions s’effectue préférentiellement le glissement ?

Les directions atomiques denses

Pourquoi les dislocations facilitent-elles la déformation plastique ?

Elles permettent le déplacement progressif des atomes avec moins d’énergie

Que deviennent les liaisons atomiques lors du glissement ?

Elles se rompent en amont de la dislocation et se reforment en aval

Pourquoi les métaux sont-ils généralement ductiles ?

Leurs liaisons délocalisées facilitent le déplacement des dislocations

Pourquoi les céramiques sont-elles généralement fragiles ?

Leurs liaisons ioniques ou covalentes limitent le glissement plastique

Qu’est-ce que la ductilité ?

La capacité d’un matériau à se déformer plastiquement avant rupture

Qu’est-ce que la fragilité ?

La tendance à rompre sans déformation plastique importante

Que provoque l’accumulation excessive de dislocations ?

Des microfissures pouvant évoluer vers une rupture ductile

Qu’est-ce qu’un polycristal ?

Un matériau constitué de plusieurs grains cristallins d’orientations différentes

Qu’est-ce qu’un joint de grains ?

La frontière séparant deux grains cristallins

Quel est l’effet des joints de grains sur les dislocations ?

Ils gênent leur déplacement sans nécessairement toutes les bloquer

Quel est l’effet d’une diminution de la taille des grains ?

Une augmentation du nombre de joints et de la résistance à la déformation plastique

Qu’est-ce qu’une macle ?

Un défaut d’empilement présentant une symétrie miroir de part et d’autre d’un plan

Quand les plans de macle peuvent-ils se former ?

Lors de la cristallisation

Quel exemple d’empilement illustre une macle ?

Passage de ABCABC à ABCACBA

Comment reconnaître les macles en microscopie ?

Par des bandes d’aspect ou de couleur différents à l’intérieur d’un grain

Quel est l’effet des macles sur la résistance mécanique ?

Elles l’augmentent en gênant les dislocations

Qu’est-ce qu’une paroi d’antiphase ?

Une frontière entre deux domaines ordonnés décalés dans leur arrangement atomique

Dans quels matériaux trouve-t-on les parois d’antiphase ?

Les solutions solides ordonnées

Quel est l’effet des parois d’antiphase sur les dislocations ?

Elles gênent leur mobilité et augmentent la résistance à la déformation plastique

Qu’est-ce qu’un défaut tridimensionnel ?

Un défaut occupant un volume, correspondant à une phase dans une autre

Qu’est-ce qu’une inclusion ?

Une impureté indésirable issue de l’élaboration du matériau, comme un oxyde ou un sulfure

Quel est l’effet des inclusions sur un alliage ?

Elles le fragilisent

Qu’est-ce qu’un précipité ?

Une particule d’une seconde phase, chimiquement différente de la matrice

Quel est l’effet recherché des précipités dans un alliage ?

Augmenter sa résistance mécanique

Qu’est-ce qu’un précipité cohérent ?

Un précipité dont les plans cristallins prolongent parfaitement ceux de la matrice

Qu’est-ce qu’un précipité semi-cohérent ?

Un précipité présentant une continuité cristallographique sur certains plans seulement

Qu’est-ce qu’un précipité incohérent ?

Un précipité sans continuité cristallographique avec la matrice

Comment une dislocation franchit-elle un précipité cohérent ?

Elle peut le cisailler en le décalant du vecteur de Burgers b

Comment une dislocation franchit-elle un précipité incohérent ?

Elle le contourne en laissant une boucle d’Orowan

Quel est l’effet des précipités sur la mobilité des dislocations ?

Ils la gênent et augmentent la résistance à la déformation plastique