Propriétés thermophysiques et structurales du fer et des oxydes de fer liquides

Thermophysical and structural properties of liquid iron and iron oxides

• Auteur / Autrice : Guillaume Wille
• Direction : Jean-Claude Rifflet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Orléans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie EXAFS

Rayonnement synchrotron

Tension superficielle

Fer

Résumé

Le CRMHT développe des méthodes sans contact pour l'étude des liquides à haute température, basées sur la lévitation aérodynamique. L'échantillon est placé sur un jet gazeux et fondu par laser CO2. Cette méthode permet de faire léviter une large gamme de matériaux, dans des conditions d'atmosphère et de température contrôlables. Le fer et les oxydes de fer liquides à haute température ont été étudiés par des méthodes utilisant la lévitation aérodynamique et le chauffage par laser CO2. Ces travaux comportent 2 volets, l'étude des propriétés thermophysiques du fer et des oxydes de fer liquides à haute température (propriétés macroscopiques), et l'étude de l'environnement local du fer dans ces liquides par différentes techniques de caractérisation utilisant le rayonnement synchrotron ou neutronique d'autre part, ainsi que l'influence des conditions d'environnement gazeux. L'étude des propriétés thermophysiques du fer et de ses oxydes par cette méthode a permis d'étendre notablement la gamme de températures accessibles. Des résultats ainsi ont été obtenus pour la tension superficielle et la densité du fer et des oxydes de fer liquides jusqu'à respectivement 2450K et 2200K, en bon accord avec la littérature disponible. Une analyse de la courbe de refroidissement de billes de fer liquide nous a permis de proposer des valeurs précises du rapport enthalpie de fusion / capacité calorifique du fer liquide (306 ? 2K). Les oxydes de fer liquides ont été étudiés par EXAFS, diffusion de rayons X et de neutrons à 1900 K, fournissant ainsi une description structurale des oxydes liquides. Ces études ont permis de déterminer la coordinence du fer voisine de 6 quel que soit la composition de l'oxyde et les distances entre premiers voisins (Fe-O 1ers et 2èmes voisins , Fe-Fe 1ers voisins, O-O 1ers voisins) dans le liquide. Ces données et celles obtenues pour la densité constituent une base expérimentale sérieuse pour la modélisation de ces liquides.