Thèse soutenue

Dislocations et nanomécanique dans l'alumine à l'aide de simulations atomistiques

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Auteur / Autrice : Qinqin Xu
Direction : Jérôme ChevalierJonathan Amodeo
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux
Date : Soutenance le 14/12/2021
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
Laboratoire : MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science - UMR 5510 (Rhône) - Matériaux- ingénierie et science [Villeurbanne] / MATEIS
Jury : Président / Présidente : Karine Masenelli-Varlot
Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Chevalier, Jonathan Amodeo, Karine Masenelli-Varlot, Laurent Pizzagalli, Philippe Carrez, Marie-Ingrid Richard
Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Pizzagalli, Philippe Carrez

Résumé

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Les nano-objets sont particulièrement intéressants pour leurs excellentes propriétés mécaniques. Alors que les nanocristaux métalliques sont générallement caractérisés par unelimite d’élasticité accrue, une contrainte à la rupture augmentée tout comme par un accroissement global de leur ductilité en compression, très peu de choses sont connues pourles autres classes de matériaux comme les nanocristaux céramiques. Il a récemment étémontré que des nanoparticules d’oxides de magnesium et d’aluminium pouvaient être dé-formées plastiquement à forte contrainte sans signe de rupture ce qui pourrait avoir desimplications importantes dans le domaine de l’élaboration des matériaux céramiques (no-tamment lors de leur compaction). Néanmoins, les mécanismes de déformation ont ététrès peu caractérisés dans ces nanoparticules, notamment dans le cas des nanocristaux d’Al2O3. Dans cette étude, nous proposons d’étudier les propriétés mécaniques et les mécanismesde déformation de nanoparticules d’alumineαpar dynamique moléculaire. Tout d’abord, plusieurs propriétés du matériau massif sont calculées, étudiées et comparées à la littérature existante. Entre autres, les paramètres de maille, constantes élastiques, énergies defaute d’empilement et de surface ainsi que les caractéristiques de la dislocation coin dansle système de glissement basal sont simulées afin d’étuder la transférabilité de plusieursformalismes de potentiels interatomiques. Parmi les potentiels testés, le potentiel à troiscorps de Vashishta a montré les meilleures aptitudes pour les applications visées dans lasuite de l’étude. Ensuite, nous avons simulé en dynamique moléculaire des tests de compression sur des nanoparticules d’alumine en fonction de l’orientation de la sollication et dela température. Une analyse détaillée du comportement mécanique et des mécanismes dedéformation a été réalisée pour plusieurs tailles de nanoparticules. Les résultats sont discutés au regard d’expériences de nanomécaniques récentes et de travaux pionniers réalisés dans l’alumine massive.