Étude des mécanismes d'amorphisation des métaux par implantation ionique et irradiation

Study of the mechanisms of amorphization in metals induced by ion implantation and irradiation

• Auteur / Autrice : Abdenacer Benyagoub
• Direction : Harry Bernas
• 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

Irradiation

Ions -- Implantation

Amorphisation

Mots clés libres

Résistivité ionique

Interactions particule-matière

Alliage métallique amorphe

Rbs

Canalisation

Résumé

Nous avons étudié les mécanismes d'amorphisation des métaux par implantation ionique et irradiation à l'aide des techniques de mesure de résistivité électrique, de RBS et de canalisation. La résistivité électrique nous a indiqué que le domaine de faisabilité des alliages métalliques amorphes produits par implantation ionique est généralement plus étendu que celui des alliages élaborés par trempe rapide. Nous avons mis au point une méthode simple mais rigoureuse permettant de déterminer, à partir des courbes de décanalisation, la fraction amorphe (au maximum de désordre), dans un monocristal bombardé par des ions. La canalisation nous a montré que la cinétique d'amorphisation de métaux par implantation ionique présente une variation sigmoïdale à basse température, tandis qu'elle est quasi-linéaire à plus haute température. Pour interpréter ces résultats (ainsi que ceux d'autres auteurs), nous avons mis au point deux modèles basés sur l'hypothèse que l'amorphisation se fait par amas. Les expériences d'amorphisation par irradiation d'alliages métalliques cristallins présentant des équivalents amorphes nous ont permis de proposer un modèle tenant mieux compte de la saturation à haute fluence que celui de Gibbons. Nous avons trouvé qu'il suffit de créer 0. 03 d. P. A. Pour amorphiser un volume donné de Ni₃B à basse température, indépendamment de la nature de l'ion irradiant. L'étude, par résistivité électrique, de l'évolution sous irradiation d'alliages métalliques amorphes nous a permis de mettre en évidence l'existence, selon la nature et la composition de l'alliage, de deux mécanismes d'endommagement. Le premier consiste en la création de "défauts ponctuels" et le second en la formation de volume libre.

We have studied the amorphization mechanisms of metals induced by ion implantation and irradiation using electrical resistivity, RBS and channeling experiments. Electrical resistivity results have shown that the glass forming ability range in ion implanted metallic alloys is generally larger than that of rapidly quenched alloys. We have established a method which allows to determine, from dechanneling curves, the amorphous fraction (at the maximum disorder depth) in an ion bombarded single crystal. Channeling has shown that the amorphization kinetics of metals by ion implantation exhibits a sigmoidal variation at low temperature, while the kinetics is quasi-linear at higher temperature. We have established two models, both based on the assumption that amorphization occurs by cluster formation, to interpret our (and other) results. Irradiation experiments of crystalline metallic alloys presenting amorphous counterparts have allowed to propose an amorphization model which better accounts for the high fluence saturation than that of Gibbons. We have found that, at low temperature, only 0. 03 dpa is needed to amorphize a given volume of Ni₃B, independantly of the irradiating ion nature. The study, by electrical resistivity experiments, of the irradiation behavior of amorphous metallic alloys has revealed the existence of two different disordering mechanisms depending on the nature and the composition of the irradiated alloy. The first one consists in creation of point-like defects while the second one leads to free volume formation.