Cours 1 Cohésion des Matériaux PDF
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Prof. TAIBI Kamel
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Ce document présente une introduction générale à la cohésion des matériaux, en explorant la structure de la matière à différentes échelles, des atomes aux matériaux macroscopiques. Il aborde les quatre interactions fondamentales et les trois états de la matière, ainsi que différents types de liaisons. La méta-information de la page inclut une discussion des propriétés thermiques et mécaniques des matériaux liées aux types de liaison.
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INTRODUCTION GENERALE COHESION DES MATERIAUX Prof. TAIBI Kamel LE MATERIAU DE L’ATOME A L’ECHELLE MACROSCOPIQUE échelle I – Rappels sur la structure de la matière macroscopique...
INTRODUCTION GENERALE COHESION DES MATERIAUX Prof. TAIBI Kamel LE MATERIAU DE L’ATOME A L’ECHELLE MACROSCOPIQUE échelle I – Rappels sur la structure de la matière macroscopique exemple de matériaux métalliques noyau électrons (26) Fer : structure polycristalline 100 µm monocristal de Fer (maille cubique centré) échelle atome de fer microscopique 10 Å (1 nm) échelle 1 Å (0,1 nm) nanoscopique 4 Quatre interactions fondamentales LES TROIS ETATS DE LA MATIERE solide STRUCTURE STRUCTURE STRUCTURE ORDONNEE DESORDONNEE INTERMEDIAIRE STRUCTURE DESORDONNEE GAZ LIQUIDE AMORPHE ORDRE A PETITE DISTANCE STRUCTURE ORDONNEE SOLIDE POLYCRISTALLIN SOLIDE MONOCRISTALLIN ORDRE A GRANDE DISTANCE MONOCRISTAL-POLYCRISTAL POLYCRISTAL: MONOPHASE –POLYPHASE Exemples de structures ordonnées STRUCTURE INTERMEDIAIRE POLYMERES CRISTALLISES POLYMERES AMORPHE CRISTAUX LIQUIDES COHESION DE LA MATIERE LIAISONS CRISTALLINES LIAISONS ENTRE ATOMES LIASON ENTRE ATOMES LIAISON FORTE LIASON LIAISON LIAISON LIASON IONIQUE COVALENTE METALLIQUE MIXTE LIASON ENTRE ATOMES LIAISON FAIBLE LIAISON LIAISON VAN DER WAALS HYDROGENE LIAISON COVALENTE LIAISON IONIQUE LIAISON METALLIQUE LIAISONS FAIBLES LIAISON DIPOLAIRE Liaison de Van der Waals (Ashby) RECAPITULATION ANALYSE DE LA LIAISON Na+Cl- Pour ioniser le Na il faut fournir 5.14 eV Pour capter un électron, le Cl restitue 4.02 eV La différence d’énergie correspond à l’énergie de liaison du NaCl. La force entre deux atomes est de type coulombien: F = −q2/4πe0r2 La force dérive d’un potentiel: dU/dr U=−q2/4πe0r Madelung a imaginé le calcul de cette énergie d’attraction coulombien dans le NaCl Ec=N(-n1e2/r1 + n2 e2/r2 +……..) Ec= -NMe2/r M: constante de Madelung M= 1.7476 , e=4.8 eV Ec = - 8.9ev pour le NaCl Énergie de liaison = −7, 9eV Cette énergie est supérieure à L’énergie coulombienne Il y’a un: Effondrement de la structure Madelung (1910)a imaginé une énergie de répulsion du type:Er =B/rn Qui compense la différence et qui équilibre les valeurs obtenues. Energie totale=-NMe2/r +B/rn COURBE de VARIATION de l’énergie totale E=f( r ) Bilan énergétique: À l’équilibre Energie minimum:dE/dr=0 pour Une distance d’équilibre r0 Application: r0 =0.281nm en déduit que n= 8.9 terme de répulsion fort Conclusion : on doit retenir que la forme générale du potentiel d’interaction pour tout type de liaison (forte ou faible) est de la forme : Energie totale=-A/rm +B/rn Nous pouvons montrer que les propriétés telles que fragilité, ductilité, élasticité, dilatation thermique se déduisent aisément de la nature des liaisons. Débutons par l’élasticité qui a fait l’objet d’études dès le 17e siècle et ensuite sur la dilatation des matériaux à partir du modèle de liaisons ioniques a0 = position d’équilibre des atomes à 0K U0 = énergie de cohésion (ou de liaison) Sur le plan thermique, U0 s’interprète comme l’enthalpie de sublimation La force (résultante) entre les deux atomes est la dérivée du potentiel U(d) La dilatation thermique est plus élevée pour le matériau B que pour le matériau A, c’est à dire pour le matériau ayant la plus petite énergie de liaison.
