Z-modules et alliages intermétalliques

par Abdullah Sirindil

Thèse de doctorat en Science des Matériaux

Sous la direction de Philippe Vermaut.

Soutenue le 21-12-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris- Chimie ParisTech-PSL (laboratoire) .

Le président du jury était Bernard Capelle.

Le jury était composé de Emmanuel Bouzy, Denis Gratias.

Les rapporteurs étaient Anuradha Jagannathan, Joël Bonneville.


  • Résumé

    Le présent travail de thèse se propose de profiter de la description cristallographique à N dimensions pour rediscuter les structures des alliages métalliques périodiques dont les atomes sont situés sur un sous-ensemble ordonné d’un Z-module — c’est-à-dire sur des positions qui sont des combinaisons linéaires entières de N>3 vecteurs arithmétiquement indépendants— exemplifiés par les quasicristaux et les phases approximantes. La description cristallographique à N dimensions permet ainsi de révéler des symétries supplémentaires, cachées dans l’espace physique, susceptibles d’engendrer de nouveaux types de défauts, dits défauts de module, dans les alliages métalliques périodiques dont les atomes se localisent sur un Z-module non trivial dans l’espace direct. Ces défauts correspondent aux opérations de symétrie interne du Z-module qui sont perdues lors de la projection rationnelle dans l’espace physique en raison de la périodicité de l’alliage. Ce sont des macles, des défauts de translations et les dislocations qui les bordent et que nous désignons par dislocations de modules pour les différencier des usuelles dislocations de réseau. Elles apparaissent comme des dislocations partielles bordant une ou plusieurs fautes d’empilement. Des dislocations particulières peuvent exister avec des vecteurs de Burgers ayant une composante nulle dans l’espace physique. Ces dislocations, que nous appelons dislocations scalaires, n’engendrent aucun champ de contrainte et ne sont sensibles à aucun champ de déformation. La phase orthorhombique NiZr de symétrie Cmcm a une maille cristalline dont tous les atomes sont situés sur une fraction d’un même Z-module pentagonal ; elle, est à ce titre, parfaitement descriptible à 5 dimensions. A parti de cette analyse, nous avons prédit l’existence de nouveaux défauts tels que les macles quinaires et défauts de translations, tous observés et confirmés par nos observations en microscopie électronique haute résolution HREM et STEM-HAADF.

  • Titre traduit

    Z-module in intermetallic alloys


  • Résumé

    The present work is an attempt to take advantage of the N-dimensional crystallographic description to rediscuss the structures of periodic metal alloys whose atoms are located on an ordered subset of a Z-module — positions that are integer linear combinations of N> 3 arithmetically independent vectors — like those encountered in quasicrystals and approximants. This N-dimensional crystallographic description makes it possible to reveal hidden symmetries in periodic metallic alloys, that can generate new types of possible defects by symmetry breaking during the projection in the physical space. Thus, in addition to the usual defects due to a local breaking of periodicity, these alloys may contain new defects corresponding to internal symmetry operations of the Z-module which are lost due to the periodicity of the alloy. These defects are twins, translation defects and dislocations that border them and that we refer to as dislocations of modules to differentiate them from the usual network dislocations and which appear as partial dislocations bordering one or more stacking faults. Particular dislocations may exist with Burgers vectors having a null component in the physical space. These dislocations, which we call scalar dislocations, generate no stress field and are not sensitive to any deformation field. The orthorhombic phase of NiZr has a crystal structure the atoms of which are located on a fraction of the pentagonal Z-module and is therefore fully describable at 5 dimensions. We can thus describe new defects such as quinary twins, but also defects of translations that all keep the Z-module invariant. All these defects have indeed been observed and recognized by high resolution electron microscopy (HREM and STEM-HAADF).


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