Microstructure et propriétés magnétiques et mécaniques du cobalt nanostructuré consolidé à partir de nanoparticules synthétisées par chimie douce

Microstructure and magnetic and mechanical properties of cobalt nanostructured materials consolidated from nanoparticles synthesized by chimie douce

• Auteur / Autrice : Farid Fellah
• Direction : Noureddine Jouini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie du solide
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 13

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux nanostructurés

Microstructure (physique)

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Propriétés magnétiques

Frittage (métallurgie)

Résumé

De récentes études ont mis en évidence une évolution des propriétés chimiques et physiques avec la nanostructuration des matériaux. Ce travail de thèse aborde l'étude des propriétés physiques du cobalt nanostructuré au sens large. Pour cela, nous avons adopté une approche « bottom up » combinant la synthèse de nanoparticules au moyen du procédé polyol et deux techniques de compaction des poudres que sont la Compaction Isostatique à Chaud et le Frittage Flash. La synthèse nous a permis d'élaborer deux types de particules de 50 et 240 nm, de structure cubique face centrée (cfc). La consolidation de ces particules a aboutit à des matériaux biphasés : cfc et hexagonal compacte (hc). On observe la croissance de cette dernière avec la densité du matériau. Au niveau microstructural, la taille moyenne des grains varie entre 235 et 340 nm selon les cycles de compaction. On remarque que les grains sont d'autant plus marqués par la présence de lamelles, correspondant à une alternance des phases cfc et hc, que la densité est élevée. Cette sous-structuration ne semble pas contribuer à l'évolution des propriétés magnétiques au contraire des propriétés mécaniques. Les champs coercitifs mesurés, caractéristiques des matériaux magnétiques doux, montrent une évolution en fonction de la taille des grains et restent toutefois bien plus élevés que les matériaux amorphes. La résistance mécanique du cobalt nanostructuré, pouvant atteindre 1200 MPa, est en revanche bien plus élevée et montre une dépendance en fonction de la densité lamellaire. De plus la ductilité quasi-inexistante dans les matériaux nanocristallins, reste conséquente dans les matériaux élaborés au cours de ce travail de thèse.

Nanostructured materials exhibit physical and mechanical properties significantly different from the corresponding bulk part. In this context, this work is a study of magnetic and mechanical properties of cobalt nanostructured materials. A bottom up approach, combining polyol process and either Hot Isostatic Pressing or Spark Plasma Sintering, was chosen to elaborate nanostructured materials. First, the synthesis of particles resulted in 50 and 240 mn cobalt nanoparticles with a faced centered cubic structure (fcc). Secondly, the consolidation gave mixture of fcc and hexagonal closed packed (hcp) materials with mean grains sized varying from 235 to 340 nm. Grains materials are observed to be subdivided by a lamellar structure corresponding to the fcc and hcp phases. The growth substructure seems to be dependant of the material density. Magnetic properties show an evolution with the grains size whereas mechanical properties show lamellar density dependence. In one hand we measured coercive fields characteristic of soft magnetic materials but still higher than amorphous materials. And in another hand, mechanical stresses reach 1200 MPa which are obviously better than amorphous materials. More over, the elongation to failure is still in a good range compared to nanocrystalline materials.