Chapitre 3 Rsultats exprimentaux
3.3.4 Dtermination de VFP et PAF
Figure 3.27 : Images MEB de la surface de de Hf7N9. Pour lÕimage A, aprs traitement par ions Ar+, une zone poreuse p = 0.12, lÕimage B la surface polie mcaniquement p = 0.045.
3.3.4 Dtermination de VFP et PAF
Pour Zr7N9, sur la surface traite par le faisceau dÕions Ar+, nous observons des pores, les plus petits ayant une taille dÕau moins 10 nm (figure 3.28). Le calcul de la porosit moyenne dans lÕchantillon donne une valeur p = 0.10(4) . Cette moyenne cache des zones porosit leve, par exemple p = 0.16, et des zones o la porosit est plus faible, p = 0.08. On reconnait aussi que dans les zones plus poreuses, les pores sont plus gros que dans les zones moins poreuses. Aprs le polissage mcanique la porosit moyenne est plus faible, p = 0.055(5) (cÕest le comportement attendu dÕun matriau possdant la proprit de Ç self-healing È).
Figure 3.28 : Images MEB de la surface de Zr7N9 traite par faisceau dÕions Ar+. Ë gauche, une zone plus poreuse (p=0.14) quÕ droite (p=0.075). LÕimage du bas est un grossissement de lÕimage situe en haut et droite o lÕon peut voir des nanopores et une diffrence peu prononce dÕintensit montre une zone plus dense.
La porosit de Hf7N9 (c.f. figure 3.22) ayant une surface mcaniquement polie est p = 0.12(3) pour la zone poreuse et p = 0.015 pour la zone plus dense. Aprs le traitement par faisceau dÕions Ar+, nous obtenons p=0.16(4) comme valeur moyenne. Comme pour Zr7N9, la valeur de la porosit de Hf7N9 correspond une moyenne entre des zones porosit plus leve (p
=0.20) et des zones, comme lÕimage A de la figure 3.22 o la porosit est moins leve (p = 0.12). De nouveau, des pores jusquÕ une taille dÕenviron 10 nm sont observs (figure 3.29).
Figure 3.29 : Image MEB de lÕchantillon Hf7N9 o des traces de nanoporosits sont visibles.
Les rsultats ci-dessus montrent que la porosit de cet chantillon nÕest pas uniforme et change suivant la profondeur. Pour cette raison, nous essayons dÕestimer la porosit moyenne partir de la gomtrie et de la masse totale du matriau pour des expriences futures et pour vrifier la validit de la structure cristalline obtenu. Nous mesurons la densit de lÕchantillon du nouveau nitrure dÕhafnium (149) par une mthode directe.
Figure 3.30 : Schma reprsentant lÕchantillon Hf7N9 dans la capsule de platine, tel quÕil tait pour la mesure directe.
La masse totale de lÕchantillon plus le cylindre de platine (capsule) est mesure, soit 72.8(1) mg. DÕaprs la figure 3.30, on calcule les volumes soit pour la capsule Pt un volume de 2.33(8) mm3 et pour lÕchantillon de 1.87(12) mm3. La masse volumique du platine est 21.45 g/cm3 et on dduit la masse de la capsule en platine : 50.0(1.9) mg. La masse de lÕchantillon est 22.8(1.8) mg. Nous en dduisons une masse volumique de 12.2(1.8) g/cm3 pour lÕchantillon poreux. La densit du matriau obtenu par les mesures DRX tait de 11.89 g/cm3 ce qui suggre que la porosit moyenne de lÕchantillon ne peut pas de manire significative excder 0.13. Cependant, lÕincertitude du rsultat, provenant de la mesure des dimensions, est trs importante, due au fait que la capsule se dforme pendant la synthse HP-HT. Ce rsultat nous donne donc une valeur plus qualitative que quantitative.
Dans les 2 chantillons, Zr7N9 et Hf7N9, la porosit nÕest donc pas uniforme. De la nanoporosit est prsente, mais pas de manire systmatique. Lorsque nous mesurons le module lastique ou la duret, il peut y avoir des carts entre les mesures du notamment une variation locale de la porosit la surface de lÕchantillon, et de ce fait connatre la porosit lÕendroit de la mesure peut tre intressant. De la mme manire, la distribution de la porosit dcrite par la fonction dÕautocorrlation des pores (PAF) doit tre connu dans cette zone o les mesures des proprits mcaniques ont t ralises. Notre tude de la fonction dÕautocorrlation de la distribution des pores, raliss pour diffrentes zones de Zr7N9 (figure 3.31) montre une symtrie quasi circulaire de la PAF, mme si la valeur absolue de la porosit
nÕest pas la mme. Dans la figure 3.31, nous voyons certains rsultats particuliers de lÕanalyse dans diffrentes zones de lÕchantillon qui prsentent des distributions lgrement elliptiques, mais ceci est du une incertitude locale et non une distorsion systmatique des pores. Nous pouvons alors utiliser lÕapproche de Hashin-Shtrikmann pour calculer les valeurs des modules lastiques pour un matriau dense partir des donnes pour lÕchantillon de Zr7N9 poreux nÕimporte quel endroit. Les dtails de cette approche se trouvent dans la partie 2.4.
Figure 3.31 : A et C : Images MEB de deux zones poreuses de Zr7N9, B et D : Reprsentation de la fonction dÕautocorrlation des pores respectivement pour A et C. On observe une lgre distorsion dans les images des analyses de la PAF qui nÕest cependant pas systmatique. Nous avons utilis la mme procdure pour Hf7N9 et nous obtenons le mme rsultat, comme prsent sur les images de la figure 3.32 ci-aprs. La distribution isotrope de PAF observe pour lÕchantillon Hf7N9 suggre que nous pouvons donc utiliser lÕapproche de Hashin-Shtrikman pour calculer les modules lastiques du matriau dense partir des valeurs pour le matriau poreux.
A B
Figure 3.32 : A et C: Images MEB de deux zones poreuses de Hf7N9, B et D : Reprsentation de la fonction dÕautocorrlation des pores respectivement pour les images A et C. LÕimage D montre aussi lÕimage binaire utilise pour le calcul. On observe une lgre dformation de la PAF.