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Conference papers

Conception chimique de verres à propriétés mécaniques spécifiques

Abstract : Les verres sont des matériaux fragiles. Cependant, la quantité aussi bien que la diversité des verres disponibles ne cessent de croître. A chaque période de la vie du verre des propriétés mécaniques spécifiques sont recherchées. Ces propriétés doivent permettre l'élaboration et la mise en forme par des procédés industriels et garantir une bonne tenue en service. La recherche de verres à hauts modules d'élasticité est un sujet relativement ancien, mais qui revêt une grande importance dans le contexte actuel, avec la quête de nouveaux matériaux, légers, durables et plus rigides que les matériaux employés actuellement. Ainsi, les disques durs des ordinateurs, réalisés en alliage Al-Mg, sont progressivement remplacés par des verres à haut module d’Young, ceci afin d'accroître la vitesse de rotation (au-delà de 10,000 tours/min) ainsi que la densité d'informations stockées tout en réduisant le diamètre. Un gain sur les modules d'élasticité permet aussi de réduire significativement la masse des vitrages (à densité de verre constante), entraînant des économies d'énergie substantielles dans le domaine des transports. L'amélioration de la résistance au rayage et à toute forme d'endommagement mécanique de surface est un autre enjeu actuel important. Il est possible en jouant sur la composition du verre d'accroître très sensiblement sa rigidité, sa dureté et sa résistance mécanique. Les verres inorganiques constituent couvrent un large spectre de matériaux aux propriétés très variées. Les modules d’élasticité s’étendent de quelques GPa pour l’eau vitreuse à 77 K à 180 GPa pour un verre oxynitruré à l’ambiante. On peut modifier les propriétés mécaniques des verres d'oxydes en jouant sur la nature et la teneur des cations. On peut obtenir des résultats beaucoup plus significatifs en substituant de l'oxygène par de l'azote ou encore par du carbone. Toutefois, l'amélioration d'une propriété se fait souvent au détriment d'une autre. Ainsi les verres les plus durs sont souvent les plus fragiles. Ce n'est pas le cas des verres oxyazotés, à la fois durs et tenaces, ni celui des verres de chalcogénures, symbole de fragilité mais pourtant relativement mous. Pour tenter de comprendre les propriétés des verres connus ou mieux encore de prédire celles des verres qui n'ont pas encore été élaborés, il est nécessaire d'étudier les arrangements atomiques qui constituent le réseau vitreux. Les propriétés mécaniques ne sont pas déterminées par les seules énergies des liaisons interatomiques, mais dépendent de la coordinence, du degré d'interconnexion (ou de polymérisation), et de la topologie des empilements (anneaux, chaînes, feuillets) à une échelle supramoléculaire où de petits domaines ont pu être observés. Tandis que le comportement élastique exprime, à l’échelle macroscopique, la réponse globale du réseau vitreux constitué d’un assemblage complexe d’unités structurales souvent bien connues (tétraèdres Si04 dans le verre de silice), le comportement à la fissuration est par essence très sensible à la force des liaisons et à la présence de chemins continus de moindre résistance. Une approche multi-échelles s'impose !
Document type :
Conference papers
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https://hal-univ-rennes1.archives-ouvertes.fr/hal-01224755
Contributor : Laurent Jonchère <>
Submitted on : Thursday, November 5, 2015 - 10:06:16 AM
Last modification on : Monday, September 10, 2018 - 11:24:10 AM

Identifiers

  • HAL Id : hal-01224755, version 1

Citation

Tanguy Rouxel. Conception chimique de verres à propriétés mécaniques spécifiques. Séminaire ICMPE, May 2011, Thiais, France. ⟨hal-01224755⟩

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