Fissuration par indentation des verres : influence de la composition et renforcement par des particules de diamants

Indentation cracking of glass : role of the composition and reinforcement by diamond particles

• Auteur / Autrice : Pathikumar Sellappan
• Direction : Tanguy Rouxel, Fabrice Célarié
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diamant

Indentation des matériaux

Élasticité

Fissuration

Verre

Résumé

Le présent travail porte sur la problématique de l’initiation de fissure pour des familles de verres à base d’oxyde, d’oxynitrure et d’oxycarbure. En particulier, notre attention s’est portée sur la relation entre la composition chimique et les propriétés mécaniques (élasticité, dureté…). La résistance à l’initiation de fissure est étudiée en appliquant une charge de contact (en utilisant un indenteur diamant de type Vickers) sur une surface de verre polie. Des charges allant de quelques mN à 196 N furent appliquées et les empreintes furent analysées à l’aide d’un microscope optique, d’un MEB et d’un AFM. Plus le matériau se déforme (de manière permanente) sous l’indenteur, plus sa résistance à l’initiation de fissure est grande. La densification décroit avec l’accroissement de la taille des cations modificateurs pour les séries de verres silicatés à base d’oxydes. Nous avons également étudié l’influence des particules de diamant sur le comportement de composites SiOC (matrice) – Diamant (particules). L’ajout de particules de diamants de 2 μm (20 vol%) entraine un accroissement de la dureté et de la ténacité (technique SENB) respectivement d’un facteur 2 et 4. La charge nécessaire à l’initiation de fissure avec un indenteur Vickers passe alors de 2,903 N à 49,03 N.

The present investigation deals with the crack initiation behavior of glasses from oxide based, oxynitride and also oxycarbide families. In particular, the relationship between chemical composition and mechanical properties (elasticity, hardness…) are investigated. The resistance to crack initiation is found by applying contact loading (using Vickers diamond indenter) on the polished surfaces of glasses. Loads ranging from few mN to 196 N were applied and the imprints were analyzed using optical/SEM and AFM microscopes. The more the material deforms (permanently) beneath the indenter, the larger is the resistance it offers to crack initiation. Densification decreases with increasing the size of the modifier cation in silica based oxide glass series. We also studied the influence of diamond particles on the deformation behavior of silicon oxycarbide glass. The addition of 2 μm size (20 vol%) diamond particles leads to an increment of hardness and fracture toughness (SENB technique) by a factor of 2 and 4, respectively. It also influenced the load required for crack initiation under Vickers indenter, increasing it from 2. 903 to 49. 03 N.