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Nanomatériaux
La définition nanométrique considère le domaine de dimension compris à des échelles entre 1 et 100 nm [23]. La limite à 100 nm repose sur le fait que dans un matériau massif, la fraction volumique des atomes dans les joints de grains devient non négligeable à partir de cette limite [02].Dans les joints de grains, les atomes sont très peu organisés contrairement aux matériaux à grains micrométriques où les atomes obéissent à une organisation cristallographique bien définie [23]. Les nano – objets sont des matériaux montrant une, deux ou trois dimensions externes dans le domaine nanométrique. Parmi ces nano-objets, les nanoparticules qui comprennent leurs trois dimensions dans le domaine nanométrique. Une nanoparticule est un assemblage de quelques centaines à quelques milliers d’atomes. Cette définition exclut donc les objets dont la plus petite dimension est comprise entre 100 et 1000 nm. A titre de comparaison avec les structures organiques naturelles, les nanoparticules se situent principalement dans la gamme de taille correspondant aux protéines. (Figure I. 2). La plupart des nanoparticules sont des agrégats de petites molécules ou d’atomes, les nano plaques ont une dimension nanométrique alors que les nano-fibres sont des nano – objets présentant deux dimensions nanométriques, la troisième dimension étant plus longue de façon significative. [01] Il existe trois explications majeures à l’intérêt croissant des industriels pour les nanoparticules et les nanomatériaux :
1- la réduction de la taille modifie fortement les propriétés intrinsèques des particules et des matériaux, ouvrant, ainsi, la voie à des composés plus performants ou innovants ;
2- plus une particule est petite, plus sa surface est grande par rapport à son volume. De ce fait, toutes les interactions entre la particule et son environnement sont exacerbées. C’est la raison pour laquelle les catalyseurs à base de nanopoudres sont les plus efficaces;
3- quand on passe des micros aux nano-poudres, les grains peuvent être plus réguliers, voire sphériques et avec une faible dispersion de taille. Les nano-poudres sont, ainsi, intéressantes pour l’élaboration de matériaux.
Propriétés spécifiques des nanomatériaux
Les nanomatériaux ont des propriétés physiques différentes de celles que l’on peut trouver pour des matériaux de la même substance ne possédant pas de structure nanométrique. Ces nouvelles propriétés découlent de la grande proportion d’atomes en surface, ainsi que du confinement spatial dû aux petites dimensions. Elles sont à l’origine des nombreuses applications des nanomatériaux, dans plusieurs secteurs : l’environnement, l’énergie, le textile, la chimie, la cosmétique, la santé, l’automobile, l’aéronautique, l’électronique, le verre et les articles en verre, les céramiques et matériaux de construction, le caoutchouc, les matières plastiques, la métallurgie, la défense, les peintures, les détergents, l’agroalimentaire, l’agronomie et la production de papier.
Propriétés thermiques des nanomatériaux
De nombreuses propriétés des matériaux nanométriques ont été bien étudiées, notamment les systèmes électriques, optiques, magnétiques et les propriétés mécaniques. Cependant, les propriétés thermiques de nanomatériaux ont progressé plus lentement. Ceci est dû aux difficultés de mesurer expérimentalement et contrôler le transport thermique dans les dimensions d’échelle nanométrique.
Diagramme de phases de l’alliage Fe-Al-Cr
Le système ternaire d’alliage Al-Cr-Fe a été étudié depuis le années 1930[52], ce système a été étudié dans un domaine de température allant de 700 à 1160ºC dans la gamme de composition ci-dessus de 60 at.% Al. Biner Al Fe, Al Fe ont été trouvées pour étendre jusqu’à 7 at.% Cr et Al Fe. Jusqu’à 4 at.% Cr. dissolution du Cr dans ces binaires influence légèrement leurs concentrations al. Le γ-Fe et Al-1γ Al-Cr forment une gamme continue de solutions solides. La solubilité de Fe dans la phase μ Al-Cr est d’environ 12,5% at., La phase η Al-Cr se dissout jusqu’à 5 at.% de Fe, ce qui se traduit par une forte diminutionde sa concentration en Al et l’augmentation de ses températures de fusion. La θ-phase binaire a été trouvé pour dissoudre environ 2 .% Fe. Pour la première fois la phase décagonale quasicristalline stable a été trouvée autour de la composition Al Fe Cr. Il présente une périodicité de ~ 1,2 nm le long de l’axe de symétrie 10 fois. Aussi trois phases périodiques ternaires ont été observées: une orthorhombique O -phase complexe avec 1 a= 3.27, 1.24 et b= c= 2,34 A°, un H-phase hexagonale avec = 1.74 et c= 4.14 A° et une orthorhombique ε-Al (Cr, Fe) avec a≈1.27, b=3.46 et c=2.04 A°.
Classification des matériaux ferromagnétiques
Les lois du magnétisme classique établi au 19e siècle montrent que l’état désaimanté correspond toujours à un état d’énergie interne minimale. Un aspect de la loi d’alimentation a été clairement établi par Ewing en 1885 et appelé « hystérésis « B n’est pas bien-évoqué de H mais dépend aussi de tous les états d’alimentation acquis antérieurement. Dans le plan (B, H) le pont représentatif de l’état système en régime alternatif décrit une boucle ferme appelée cycle d’hystérésis. Les matériaux ferromagnétiques sont généralement regroupés dans deux classes :
a) -Les matériaux magnétiques durs : ont un cycle d’hystérésis large, et après l’élimination du champ appliqué ils conservent leur champ coercitif grand (Hc ≥ 106 A/m). Ces matériaux ont une faible perméabilité et sont difficiles à aimanter. Ce type de matériaux est utilisé comme source de champ magnétique dans divers circuits magnétiques [55].
b) Les matériaux magnétiques doux : sont utilisés en régime statique ou dynamique dans des applications électrotechniques. On montre alors que le système reçoit en permanence, pour chaque cycle une énergie volumique égale a l’aire du cycle, énergie que les processus d’aimantation la transforme en chaleur [54], ils peuvent être aimantés à l’aide des champs magnétiques faibles et forte perméabilité afin de minimiser les pertes magnétiques. Ils sont utilisés dans les machines électriques pour canaliser et concentrer le flux magnétique [56].
La mécanosynthèse (broyage à haute énergie)
La technique de broyage a haute énergie également appelé mécanosynthése est utilisé par l’homme depuis la préhistoire dans le but de réduire la granulométrie des matériaux [02]. Cette technique née aux Etats-Unis et développée au milieu des années 1960 par John Benjamin pour la synthèse à température ambiante des alliages aux compositions et aux microstructures inhabituelles [01]. Cette technique a connu ensuite une expansion formidable tant du point de vue expérimental pour obtenir des nouveaux matériaux difficiles voire impossibles à obtenir par des méthodes classiques telles que la fusion-solidification, plasma processing et vapore deposition[06]que théorique pour bien comprendre les mécanismes qui sont responsables du résultat final du broyage mécanique. Le broyage mécanique à haute énergie est une technique largement utilisée dans l’univers entier pour s’aptitude de produire des alliages amorphes ou nanocristallins, parfois des alliages à partir d’éléments immiscibles dans les conditions d’équilibre. Deux terminologies sont employées dans la littérature anglo-saxonne pour désigner le processus de broyage à haute énergie : on parle de mécanosynthése (« mechanical alloying »), quand les poudres initiales ont une composition différente de celle(s) d’arrivée, et de « Mechanical grinding », consiste à confiner des poudres (de métal pur, intermétallique, alliages) de composition stoechiométrique pour obtenir un matériau nanostructuré qui n’est pas nécessairement homogène [06].
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : les Nanomatériaux
I. Introduction
I.1. DEFINITIONS
I.1.1. le nanomètre
I.1. 2. Nanomatériaux
I.2. Classification des nanomatériaux
I.3.Les matériaux nano-structurés ou nanocristallins tridimensionnels
I. 4 Propriétés spécifiques des nanomatériaux
I. 5. De nouvelles propriétés
I.6 .Composition des nanomatériaux
I.7. Propriété magnétique des nanomatériaux
I.8. Propriétés thermiques des nanomatériaux
I.9. Enjeux économiques
I.10 Alliages intermétalliques
I.11 élément purs
I.11.1. le fer
I.11.2 L’aluminum
I.11.3 le chrome
I.12.Les différentes phases des alliages FeAl
I.13.1 Défauts ponctuels
I.13.2 Les dislocations
I.14 Le diagramme de phases de référence FeCr
I.15. Les composés ternaires de FeAlCr
I.15.1 Diagramme de phases de l’alliage FeAlCr
I.16 Propriétés Magnétiques
I.16 Notion de base sur le magnétisme
I.16.1 Différents états magnétiques de la matière
I.16-1 -1 Le diamagnétisme
I.16-1 -2 Paramagnétisme
I.16-1 -3 Ferromagnétiques
I.17. Propriété magnétique
I.18. Classification des matériaux ferromagnétiques
I.19 Cycle d’hystérésis ferromagnétique
Chapitre II : procédé de fabrication et methode d’analyse
II.1 Techniques d’élaboration et de caractérisation des poudres
II.2. La mécanosynthése (broyage à haute énergie)
II.2.1. Principe
II.2.2. Les différents broyeurs mécaniques
II 2.3. Broyeur planétaire 7
II.2.4. Paramètres de broyage
II.2.4.1. Outils de Broyage
II.2.4.2. Atmosphère de broyage
II. 2.4.3. L’intensité du broyeur
II. 2.4.4. Le rapport masse billes/masse poudre
II.2.4.5. Temps de broyage
II.2.4.6. La température de broyage
II.2.4.7. La contamination
II.3. Caractérisation des poudres par diffraction de rayons X
II. 3.1. Principe
II.3.2. Dispositif expérimental
II.3. 3.Acquisition des données
II. 4 Caractérisation par microscope électronique à balayage ZEISS EVO LS 10
II.4.1. La microscopie électronique à balayage (MEB)
II. 4.2 Principe du MEB
II. 4.3. Dispositif expérimental
II. 5. Magnétométrie à échantillon vibrant (VSM)
References bibliographies:
Chapitre III: Résultats et Discussions
III.1.Introduction
III. 2. Description des poudres initiales
III.3. Préparation des échantillons par mécanosynthèse
III.4. Analyse structurale et microstructurale
III.4.1. Evolutions des spectres des rayons X
III.4. 2. Détermination du paramètre de maille
III.4. 3. Détermination de la taille des cristallites
III.5. Caractérisation des poudres par microscopie électronique à balayage
III.5.1. Morphologie des poudres Fe78Al20Cr2
III.5. 2. Analyse EDS (microscopie électronique a balayage et sonde)
III -6 Caractéristiques magnétiques
III.6.1 Cycle d’hystérésis ferromagnétique
III.6. 2 Aimantation de Saturation
III.6. 3 Champ Coercitif
III .6. 4 Aimantation Rémanente
References bibliographies
Conclusion général
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