Etude du comportement élastique de films minces métalliques : expérimentations par traction in-situ dans un diffractomètre et modélisation

Study of elastic behavior of thin films : experiments by X-ray diffraction combined with in-situ tensile testing and modeling

• Auteur / Autrice : Damien Faurie
• Direction : Éric Le Bourhis, Pierre-Olivier Renault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance en 2005
• 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

Déformations (mécanique)

Rayons X -- Diffraction

Couches minces

Résumé

Ce travail s'inscrit dans le cadre des études des propriétés élastiques des films minces supportés. Nous avons développé une sonde locale qui permet d'avoir accès à ces propriétés : la traction in-situ dans un diffractomètre. De telles études demandent un développement méthodologique tant du point de vue expérimental que du point de vue modélisation. Les déformations mesurées par diffraction des rayons X ont été modélisées en développant des solutions analytiques basées sur les hypothèses de Reuss et de Voigt en tenant compte de la distribution d'orientations des grains. Cette approche a permis une description du comportement élastique des films minces, notamment des effets dus à la forte anisotropie locale, ainsi qu'une identification des coefficients d'élasticité pour des films présentant une texture soit isotrope soit fortement anisotrope. Pour compléter ce travail, une étude par des méthodes d'homogénéisation permet une description plus fine du comportement mécanique des films. Singulièrement, le rapport des axes de l'ellipsoïde d'Eshelby dans le modèle autocohérent s'est avéré être un paramètre pertinent afin de décrire la structure colonnaire inhérente aux films minces.

This work is dedicated to the study of elastic properties in supported thin film. A local probe has been developed to characterized theses properties: X-ray diffraction with in-situ tensile testing. This study needs to develop a methodology from experimental and modeling point of view. The strains measured by X-ray diffraction were modeled by develop analytical solutions based on Reuss and Voigt assumptions. This approach allowed a description of elastic behavior of thin films. Noticeably, we emphasized effects due to the strong local elastic anisotropy and we identified elastic constants of non-textured and strongly textured thin films. To complete this work, homogenization methods allowed a more representative description of thin films behavior. Especially, the ratio of the length of the principal axis of the Eshelby's ellipsoid in the self-consistent model is a judicious parameter in order to describe the columnar structure inherent of thin films.