C.1 Passage bicristal / polycristal à 500°C

La cinétique de pénétration intergranulaire d’échantillons polycristallins de cuivre par le bismuth liquide à 500°C n’a pas fait l’objet de nos différentes recherches, essentiellement pour les raisons évoquées précédemment liées aux limites en terme de distance intergranulaire disponible pour une telle étude. Cependant, de nombreux essais ont été entrepris afin d’accéder aux épaisseurs de bismuth présent aux joints de grains du cuivre après pénétration intergranulaire à 500°C, trempe et rupture in-situ à la température ambiante sous ultra vide dans la chambre d’analyse du spectromètre Auger.

La figure III.C.1 présente, par exemple, la surface de rupture obtenue à température ambiante après avoir maintenu pendant 116 h l’éprouvette polycristalline de cuivre en contact direct avec l’alliage 95Bi-5Cu sursaturé en cuivre à 500° C. La rupture apparaît alors très majoritairement intergranulaire et autorise de nombreuses analyses par AES sur les surfaces créées lors de la rupture.

Figure III.C.1 Surface de rupture d’un polycristal resté pendant 116h en contact direct avec l’alliage 95Bi-5Cu sursaturé en cuivre à 500°C et rompu par traction à la température ambiante sous ultra vide.

La quantification de l’épaisseur de bismuth présent sur le cuivre est toutefois plus incertaine lorsqu’il s’agit de polycristaux. En effet, l’orientation des surfaces analysées par rapport à la direction de l’analyseur doit être prise en compte (cf. annexe1). Si celle-ci est « parfaitement » connue (et optimisée pour avoir un meilleur comptage des électrons à analyser) dans le cas des surfaces de rupture bicristallines, l’analyse de surfaces de rupture polycristallines introduit une incertitude qui se retrouve dans l’évaluation de l’épaisseur intergranulaire de bismuth. On peut ainsi tracer deux courbes limites représentant τBi en

fonction du rapport expérimental AES Bi AES Cu I I (figure III.C.2). Expérimentalement, le rapport AES Bi AES Cu I

I maximal obtenu sur des surfaces de rupture

intergranulaire polycristallines vaut 0,70 (valeur annoncée sur la base de nombreux essais). Sur la figure III.C.2, on peut constater qu’il conduit à une estimation du taux de recouvrement τBi en bismuth entre 0,7 monocouche et 1 monocouche, soit une épaisseur intergranulaire eBi

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 % de m onocouche de Bi AES Bi AES Cu

I

I

I

I

Figure III.C.2 Courbes représentant la fraction de monocouche de bismuth présente sur un substrat de cuivre en fonction du rapport expérimental d’intensités

AES Bi

AES Cu

I

I . Les deux courbes présentées correspondent aux deux valeurs extrêmes évaluées pour l’angle de collecte des électrons sur des surfaces de rupture d’échantillons polycristallins (cf. annexe 1).

Etant donné que la procédure utilisée est le contact direct avec l’alliage 95Bi-5Cu, cet essai nous permet de valider, une fois encore, l’équivalence entre les deux procédures CV et CD. En effet, on obtient donc, à 500°C, des épaisseurs intergranulaires eBi équivalentes

lorsqu’on met un bicristal de cuivre en présence de la vapeur de bismuth et lorsqu’on met un polycristal de cuivre en contact direct avec un alliage Bi-Cu sursaturé en cuivre. Nous jugeons cette équivalence comme vraisemblablement celle qui est la plus à même de convaincre les sceptiques de la procédure de contact par l’intermédiaire de la vapeur. La quantité limitée de bismuth présent au joint de grains d’un bicristal de cuivre mis en contact avec la vapeur de bismuth ne peut donc pas être reliée à un apport limité dû à la procédure elle-même, mais est bien une réalité physique liée au comportement thermodynamique du système cuivre / bismuth.

De plus, les valeurs obtenues pour eBi sont du même ordre de grandeur que les valeurs

obtenues après des traitements de ségrégation intergranulaire à partir d’alliages Cu-Bi. Nous pouvons donc conclure que la quantité maximale de bismuth présent aux joints de grains du cuivre après pénétration intergranulaire à 500°C ne dépasse pas les deux monocouches que l’on peut obtenir également par un traitement de ségrégation intergranulaire, quel que soit le joint de grains considéré.

Ce résultat nous permet de rejeter les différentes limites avancées précédemment concernant la représentativité du joint de grains du bicristal utilisé au cours de notre étude (cf. § III.A.3). En effet, il s’avère que les analyses menées sur des polycristaux nous permettent de conclure à une absence de mouillage intergranulaire : eBi ≤ 2 monocouches. Ce résultat a deux

conséquences immédiates :

1. Les différences constatées entre nos résultats et ceux de Joseph concernant la cinétique de pénétration intergranulaire ne peuvent plus être interprétées en terme de non représentativité du bicristal utilisé lors de notre étude. La seule explication qui reste valable est donc celle qui s’appuie sur la différence des distances intergranulaires explorées lors de ces deux études : inférieures à 150 µm dans le cas des polycristaux utilisés par Joseph à comparer aux 1500 µm atteints au cours de notre étude à l’aide du bicristal. La cinétique linéaire de Joseph pourrait alors être considérée comme les premiers stades d’une cinétique parabolique de diffusion intergranulaire.

2. La pénétration intergranulaire du cuivre par le bismuth liquide à 500°C est contrôlée par la diffusion intergranulaire du bismuth dans le cuivre. Ce qui n’était valable que pour le bicristal utilisé au cours de cette étude peut maintenant être considéré comme valable pour l’ensemble des joints de grains du cuivre. La température de 500°C se situe donc en-dessous de la température de transition de mouillage du système cuivre / bismuth.