Nano-indentation et matière ultra-dure : propriétés mécaniques d'une nano-couche de silicium : étude des polymorphes et des composés binaires de l'osmium

par Mabrouk Zemzemi

Thèse de doctorat en c

Sous la direction de Mohamed Hebbache.

Soutenue en 2006

à Paris 7 .


  • Résumé

    Ce mémoire est essentiellement consacré à la matière ultra-dure (chapitres 2-4). Les matériaux durs sont essentiellement des carbures (WC), des nitrures (TiN), des borures (TiB2) et des oxydes (phase HP de SiO2). Ils ont beaucoup d'applications (outils de coupe, abrasifs, revêtement, prothèses et implants, etc). Néanmoins, seuls deux matériaux possèdent une dureté supérieure à 40 GPa : le diamant (96 GPa) et le nitrure de bore cubique (60 GPa). Ces deux matériaux sont difficiles à synthétiser et montrent divers désavantages à l'usage. La nano-indentation est la technique la plus récente pour mesurer la dureté des matériaux. Les tests de dureté traditionnels sont donnés dans l'annexe A. Le premier chapitre de ce mémoire est une contribution à la théorie de l'indentation. A ce jour, ce problème de contact entre deux solides, associé aux noms de Boussinesq et Hertz, n'est que partiellement résolu (voir annexe B). En effet, les deux matériaux en contact sont le plus souvent considérés comme isotropes; ce qui n'est jamais le cas. Par ailleurs, l'anharmonicité ou effets non-linéaires, c'est-à-dire les variations des coefficients mécaniques sous l'effet de la charge appliquée, ne sont jamais prises en compte. De plus, sous l'effet de la charge, l'échantillon subit localement des transformations structurales qui sont omises en général. Pour tenir compte de ces différents effets, nous avons associé les travaux indépendants de Stroh, Willis, Barnett, Farnell, Thurston et Brugger, Landau et d'autres. Dans ce travail, nous nous sommes limités au régime élastique.

  • Titre traduit

    Nano-indentation and superhard materials : mechanical properties of a silicon nanocouche : study of polymorphic and the binary compounds of osmium


  • Résumé

    This dissertation is devoted to superhard materials (Chap. 2-4). These are mainly carbides (WC), nitrides (TiN), borides (TiB2) and oxides (HP phase of SiO2). Hard materials hâve many industrial applications wherever résistance to abrasion and wear are important. Nevertheless, only two materials possess a hardness value larger than 40 GPa, namely diamond (96 GPa) and cubic boron nitride (60 GPa). However, these two materials are difficult to synthesize. Moreover, they exhibit various drawbacks in use. Nano-indentation is the most recent technique for measuring the hardness. Tradi-tional tests are given in appendix A. The first chapter of this thesis is a contribution to the theory of indentation. Up to date, this contact problem between two solids, associated to the names of Boussinesq and Hertz, is only partially resolved (see appendix B). Usually, the two materials in contact are assumed to be isotropic; this is never the case. In addition, anharmonicity or nonlinear effects, i. E. , the variations of mechanical coefficients due to the applied load, are never taken into account. Moreover, the indented sample undergoes. Structural transformations which are omitted in most cases. In order to take into account these various effects, we combined the independent works of Stroh, Willis, Barnett, Farnell, Thurston and Brugger, Landau and others. We restricted our study to the elastic range. Osmium is not hard but it is less compressible than diamond. The investigation of its polymorphs is reported in chapter 2. A schematic phase diagram is suggested. It can be useful for future theoretical or experimental studies. As for titanium, the high pressure phase of osmium (omega) is expected to be hard.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (207 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 212 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2006) 179
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