Mécanismes de déformation précédant et accompagnant le phénomène de pop-in lors d'un essai de nanoindentation sur un monocristal d'oxyde de magnésium

par Alex Montagne

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Soutenue en 2010

à Poitiers .


  • Résumé

    Les travaux exposés dans cet ouvrage portent sur le comportement mécanique de l'oxyde de magnésium (MgO) sous nanoindentation. L'étude est plus particulièrement focalisée sur les mécanismes élémentaires de déformation précédant et accompagnant le phénomène de pop-in. L'observation de la surface autour des zones indentées, et en particulier des lignes de glissement, a été réalisée par microscopie à force atomique (AFM). La structure en volume des dislocations nucléées lors de l'essai de nanoindentation a été explorée par une technique de tomographie couplant polissage mécano-chimique (CMP) et nano-attaque chimique. Ces études expérimentales ont été confrontées à des simulations numériques menées à l'aide d'un code de dynamique de dislocations discrètes (DDD) couplé à un code éléments finis. Une étude bibliographique présentant en particulier les mécanismes de plasticité associés au phénomène de pop-in est tout d'abord proposée. Des expériences menées sur des échantillons présentant une très faible concentration de défauts sont ensuite présentées. Les résultats expérimentaux montrent que contrairement à l'idée communément admise, la déformation précédant le pop-in n'est pas nécessairement purement élastique. Par la suite, l'introduction contrôlée de défauts (défauts ponctuels, dislocations) dans le matériau a permis d'étudier leur influence sur les mécanismes initiaux de plasticité. Enfin, les simulations numériques ont permis d'accéder au comportement des dislocations individuelles dans le champ de contraintes complexe généré par l'indenteur tout au long d'un cycle d’indentation. Ces résultats apportent un éclairage sur les comportements observés expérimentalement.

  • Titre traduit

    Deformation mechanisms preceding and coming with the pop-in phenomenon during a nanoindentation test on a monocrystal of magnesium oxide


  • Résumé

    Works stated in this report deal with the mechanical behaviour of magnesium oxide (MgO) under nanoindentation. The study is focused on primary deformation mechanisms preceding and coming with the pop-in phenomenon. Observations of surface around indents, and in particular slip lines, have been realised by atomic force microscopy (AFM). The whole three dimensional structure of dislocations nucleated during a nanoindentation test has been investigated by tomography combining chemo-mechanical polishing and chemical nanoetching. These experimental studies have been compared with numerical simulations performed with a discrete dislocation dynamics code coupled with a finite elements code. First, a bibliographic study showing in particular plasticity’s mechanisms associated to the pop-in phenomenon is proposed. Experiences performed on samples with a low concentration of defects are then presented. Experimental results show that the deformation preceding the pop-in is not necessarily fully elastic which is in contradiction with classical description. Thereafter, the controlled introduction of defects (point defects, dislocations) in the bulk was used to study their influence on initial mechanisms of plasticity. Finally, numerical simulations permitted to access to individual behaviour of dislocations in the complex stress field generated by the indenter during the whole cycle of indentation. These results give lighting on experimental behaviours.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XII-224 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 181 réf.

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