Initiation de la plasticité sous nanoindentation dans MgO et LiF : étude de l'organisation des dislocations et des contraintes associées

Initiation of plasticity in nanoindentation in MgO and LiF : study of the dislocation distribution and combined stress

• Auteur / Autrice : Yves Gaillard
• Direction : Jacques Woirgard, Christophe Tromas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses et matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• 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

Magnésie

Élasticité

Microscopie à force atomique

Dislocations dans les métaux

Résumé

L'objectif de cette étude est de comprendre les mécanismes de déformation dans les monocristaux de LiF et MgO associés aux premiers stades de plasticité induits sous nanoindentation. Pour ce faire, une nouvelle technique (nanoetching) basée sur la combinaison de l'attaque chimique, du polissage mécano-chimique contrôlé et sur des observations par AFM, a été développée pour observer les structures de dislocations en trois dimensions autour d'empreintes. Cette technique a notamment permis d'identifier clairement les différentes dislocations mises en jeu (vecteurs de Burgers, plans de glissement) ainsi que leur interactions mais également d'examiner avec un œil nouveau leur processus de nucléation, spécialement pendant la transition élastique - élasto-plastique. Enfin certaines de ces structures, particulièrement simples, ont pu être modélisées à partir de l'expression du champ de contraintes créé autour d'un indenteur sphérique. La première partie de ce travail est consacrée à une revue bibliographique des principaux modèles de déformation mis en jeu en nanoindentation. Les deux chapitres suivants présentent les techniques expérimentales mises en œuvre dans cette étude. En particulier, la technique de nanoetching dans toute sa phase d'élaboration est détaillée dans la partie 3. Le chapitre 4 est quant à lui dédié à l'étude des mécanismes de déformation mis en jeu durant le stade élasto-plastique. En particulier, les déformations de surface associées à l'essai d'indentation y sont interprétées en termes de mécanismes d'interaction dislocationnels. Les chapitres 5 et 6 sont consacrés à la modélisation des phénomènes initiant la plasticité dans MgO (pop-in). Un modèle élastique simple, basé sur un critère de nucléation déterminé expérimentalement, a permis de montrer que la transition élastique - élasto-plastique pouvait être attribuée à une délocalisation du site de nucléation des dislocations.

The aim of this work is to understand the deformation mechanisms in MgO and LiF monocrystals during the first stages of plasticity involved during a nanoindentation test. In this way, we have developed a new technique (nanoetching) based upon chemical etching, controlled chemo-mechanical polishing and further AFM observations. Nanoetching provide a full description of the 3 dimensional dislocation structure (burgers vectors and glide planes) and the dislocation interaction. This technique had also allow to clarify the process of dislocation nucleation, especially during the elastic - elasto-plastic transition. Finally, some of these dislocation structure, quite simple, were modelled from the expression of the stress field created around a spherical indenter.