Étude de quelques propriétés des joints de grains dans l'oxyde de nickel : diffusion, énergie et structure de dislocations

Study of grain boundary properties in nickel oxide : diffusion, energy and dislocation structure

• Auteur / Autrice : Françoise Barbier-Chenu
• Direction : Michel Déchamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance en 1986
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique en transmission

Joints de grains

Mots clés libres

Énergie

Diffusion

Interfaces

Intergranulaire

Dislocations

Oxyde de nickel

Résumé

Cette thèse est une contribution à l’étude de trois propriétés des joints de grains dans l’oxyde de nickel : la diffusion intergranulaire, l’énergie des joints et la structure de dislocations des joints. Afin de mettre en évidence l’influence des caractéristiques des joints sur la diffusion intergranulaire, des expériences de diffusion de nickel et de cobalt ont été réalisées dans des bicristaux de NiO possédant un joint de flexion symétrique d’axe <001> ou <011> et d’orientation bien définie. Aucune diffusion préférentielle notable de Ni ou de Co n’a été décelée, bien que des résultats antérieurs acquis sur des échantillons polycristallins de NiO obtenu par oxydation thermique du nickel aient laissé supposer l’existence d’un phénomène diffusionnel très important aux joints. Nos résultats montrent que plusieurs hypothèses envisagées pour rendre compte des divergences (texture de joints, équilibre thermodynamique, ségrégation…) ne résistent pas à un examen critique. L’origine des divergences observées par les divers auteurs sur l’importance du phénomène de la diffusion intergranulaire du nickel dans NiO est attribuée à une préparation insuffisante des échantillons obtenus par oxydation du nickel pour réaliser les expériences de diffusion. La seconde propriété abordée concerne l’énergie des joints de flexion symétrique. Des singularités énergétiques avaient été mises en évidence expérimentalement pour les joints de flexion d’axe <011> proches des relations de coïncidence Σ = 3, 9 et 11. Les modèles de simulation statique permettant de calculer l’énergie des joints ne confirment pas l’existence des minima Σ = 9 et Σ = 11. Au terme d’une analyse critique de la validité des déterminations expérimentales de l’énergie des joints dans NiO, il ne fait aucun doute que les trois singularités énergétiques que nous avons détectées, correspondent à des minima de l’énergie intergranulaire. La troisième propriété étudiée est la structure de dislocations des joints de grains dans NiO. L’originalité du travail concerne le joint de flexion d’axe <011> proche de la relation de coïncidence Σ = 3, où des réseaux intrinsèques de dislocations secondaires accommodant l’écart à la coïncidence ont été observés et caractérisés. Les vecteurs de Burgers de ces dislocations correspondant à des vecteurs du réseau DSC sont en accord avec les prévisions théoriques et confirment la validité des modèles dans les composés ioniques.

This thesis is a contribution to the study of grain boundary properties in nickel oxide, namely intergranular diffusion, grain boundary energy and dislocation structure. In order to evidence the influence of the crystallography of grain boundaries on diffusion, experimentation with nickel and cobalt as diffusing elements was carried out on NiO bicrystals having a <001> or <011> symmetrical tilt boundary. No detectable intergranular diffusion was shown; though previous results obtained in polycrystalline NiO prepared by thermal oxidation of nickel had revealed an extensive grain boundary diffusion phenomenon. Our study showed that different hypothesis (grain boundary texture, thermodynamic equilibrium, segregation,…) made to explain this discrepancy, do not resist a critical analysis. This discrepancy is thought to be result of insufficient preparation of the samples obtained by nickel oxidation, prior to diffusion experiments. Grain boundary energy was studied on symmetrical tilt grain boundaries. Three energy minima were studied experimentally in Σ = 3, 9 and 11, <011> tilt grain boundaries. Although the models developed to calculate the energy do not confirm the existence of the energy minima for Σ = 9 and Σ = 11, a detailed analysis of the experimental method used to determine the energy of grain boundaries in NiO proved that the three cups correspond to special low energy boundaries. Last, the dislocation structure of a high misorientation boundary was determined in NiO. For the first time, arrays of intrinsic secondary dislocations were fully characterized in a near coincidence Σ = 3 grain boundary. Secondary dislocations accommodate the deviation from exact coincidence: their Burgers vector is equal to a DSC vector, in good agreement with theoretical previsions. These observations confirm the applicability of geometrical models to ionic compounds.