Contribution à l’Étude microstructurale des effets d'implantation d’espèces métalliques (Cu,Zr,Fe) dans l'alumine

par Ahmed Rahioui

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Claude Esnouf.


  • Résumé

    L'implantation ionique est un traitement envisagé pour l'amélioration des propriétés de surface des matériaux, notamment les céramiques. Elle permet de modifier fondamentalement les microstructures superficielles. Notre travail a porté sur l'implantation à forte concentration d'espèces métalliques (Cu, Zr, Fe) dans une alumine polycristalline. Les espèces ont été choisies en raison de la diversité de leur valence et de la stabilité de leurs oxydes avec l'alumine. Plusieurs techniques complémentaires ont permis la caractérisation microstructurale de la couche implantée en fonction des paramètres d'implantation (énergie, fluence,. . . ),de la nature de l'ion, et de traitements thermiques réalisés après l'implantation. Ces techniques sont la microscopie électronique conventionnelle et à haute résolution, la microanalyse d'émission photonique X (EDS) et la technique d'absorption X (XANES). La couche superficielle formée lors de 1'implantation est constituée de grains finement morcelés d'alumine en association avec une précipitation fine des espèces métalliques. La présence en surface de la variété spinelle fortement maclée est également observée dans le cas du fer. Une amorphisation est seulement observée dans le cas d'implantation du zirconium alors que systématiquement, une sous-couche très fautée est décelée au delà de la zone implantée. La composition de la couche superficielle évolue avec les traitements thermiques vers un système constitué d'alumine et d'oxyde(s) des espèces métalliques qui, globalement, est en accord avec les prévisions thermodynamiques.

  • Titre traduit

    = Contribution to the microstructural study of implantation effects in alumina implanted by metallic species (Cu, Zr, Fe)


  • Résumé

    Ion implantation is being investigated as a method to alter near-surface properties of materials, particularly ceramics. It allows, in non-equilibrium conditions, a thin layer to be created, the composition and structure have beneficial effects of surface properties. This study was related to the high doses implantation of metallic ions into polycrystalline alumina. The species (Cu, Zr, Fe) has been chosen from the gap between their valences and the formation free enthalpies of their oxides. In order to understand the microstructural evolution of the as-imp- planted and the implanted-annealed samples, various techniques have been used, suer as transmission electron microscopies (conventional and high resolution), X-ray emission spectroscopy (EDS) and X-ray absorption spectroscopy (XANES) The observed microstructure in the as-implanted material is composed of several regions. The first of these consists in of highly divided alumina grains including a fine precipitation of the metallic species. In the case of iron, the spinel phase is also observed near the implanted surface. Beyond the implanted zone, a high density M crystalline defects is seen in the alumina lattice. Moreover, an amorphous-like layer is produced by implantation of zirconium. In most cases, the evolution of the implanted zone composition after annealing is consistent with the expected equilibrium phase diagrams.

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  • Détails : 1 vol. (175 p.)
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