Analyse des constantes d'élasticité dans des films minces et multicouches par déformation in situ couplée à la diffraction des rayons X

Analysis of elastic constants in thin films and multilayers combining in situ tensile testing and X-ray diffraction

• Auteur / Autrice : Pascale Villain
• Direction : Frédéric Badawi, Philippe Goudeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses et matériaux
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement synchrotron

Élasticité linéaire

Nanostructures

Couches minces métalliques

Résumé

Des études théoriques et expérimentales montrent que les matériaux métalliques nanostucturés peuvent présenter un comportement en élasticité différent de celui du massif. Nous avons mis au point une méthode de mesure du module d'Young et du coefficient de Poisson intragranulaires des films et multicouches supportés en couplant diffraction des rayons X et déformation in situ. Nous avons déterminé le coefficient de Poisson de Mo dans un système Ni/Mo, puis montré une inversion des coefficients de Poisson des familles {331} et {420} dans des films d'or. Combinant plusieurs techniques, nous avons constaté un adoucissement du module d'un film d'acier inoxydable. Nous avons observé un adoucissement sensible du module d'un film de tungstène, puis mesuré le module d'un film d'or, ainsi que son coefficient de Poisson qui s'avère inférieur à celui du massif. Enfin, l'étude de multicouches W/Cu de périodes 3 à 24 nm a révélé une corrélation étroite entre constantes d'élasticité et évolution microstructurale des couches W.

Theoretical and experimental studies have evidenced that nanostrutured materials may present an elastic behaviour different from the bulk one. We have developed a method to measure the intragranular Young's modulus and Poisson's ratio in supported thin films and multilayers by coupling X-ray diffraction and in situ tensile testing. We determined the Poisson's ratio of Mo in a Ni/Mo multilayer; then we evidenced an inversion between the Poisson's ratios of the {331} and {420} family planes in gold films. Combining several techniques, we observed a softening of the modulus in a stainless steel film. Then we evidenced a softening of the modulus in a tungsten film; we obtained the modulus of a gold film and its Poisson's ratio, which is clearly smaller than the bulk one. Finally, a study of W/Cu multilayers with periods ranging from 3 to 24 nm revealed a narrow correlation between elastic constants and microstructural evolution in the W sublayers.