Etude par microscopie électronique à transmission d’interfaces oxyde-oxyde à fort désaccord paramétrique : cas de couches minces de zircone sur substrat monocristallin d’alumine

par Riad Benmechta

Thèse de doctorat en Science des matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Gilles Trolliard.

Soutenue en 2005

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail concerne l’étude d’interfaces oxyde/oxyde à fort désaccord paramétrique. Des couches minces de zircone hétéroépitaxiées sur des substrats monocristallins (1120)sa d’alumine, sont élaborées par la méthode sol-gel. Lors de la croissance cristalline le substrat se découvre conduisant à un phénomène de mise en îlots. Les îlots plats h00 mettent en jeu une interface de type {100}Q//{110} tandis que les îlots bombés hhh présentent une interface {111}Q // {110}. Les îlots h00 sont plus stables que les îlots hhh. Nous montrons que la croissance cristalline est principalement gouvernée par l’orientation normale des îlots, l’orientation dans le plan n’intervenant que secondairement. Les études par microscopie électronique en haute résolution des interfaces cristallines ont permis d’élaborer des modèles cristallochimiques d’interfaces qui expliquent la raison pour laquelle l’orientation dans le plan est versatile. Ces modèles montrent que dans la cas d’interfaces hétérophases à fort misfit, le caractère ionocovalent des liaisons joue un rôle clé dans l’établissement de la relation d’hétéroépitaxie. En particulier, la souplesse du sous réseau d’anions accommode les désaccords structuraux entre les deux phases. Nos observations montrent que ces relations d’hétéroépitaxie gouvernent dans tous les cas les mécanismes de la transformation martensitique de la zircone et parfois la nature structurale de la zircone (monoclinique, quadratique ou orthorhombique).

  • Titre traduit

    Study of oxide/oxide interfaces for large misfit system by transmission electron microscopy : case of zirconia thin film on alumina single-crystal substrate


  • Résumé

    This study deals with oxide-oxide interfaces having a large misfit. Heteroepitaxial thin layers of zirconia orientated on (1120)sa monocrystalline sapphire substrate were grown by the sol- gel process. During crystal growth, the de-wetting of the substrate leads to the formation of isolated crystal islands. Flat h00 islands display a {100}Q //{110}interface with the substrate while hhh dome-shaped islands show a {111}Q // {110} interface. H00 islands are more stable than hhh. We show that the crystal growth is mainly controlled by the normal orientation existing between thin film and substrate. In plane orientation plays a role, but only at lesser degree. High resolution electron microscopy investigation of the interfaces allows establishing crystallographic models that explain the versatile character of the in-plane orientation. These models show that considering large misfit heterophase interfaces, the iono- covalent character of the bounding plays a key role on the establishment of heteroepitaxial relationship. In particular, the flexibility of the anionic sub lattice accommodates structural mismatches between the two phases. This study reveals that the epitaxial relationship govern the martensitic like transformation arising in zirconia and could eventually control the structural type of zirconia (tetragonal, monoclinic or orthorhombic).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (200 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 177-188

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