LES DISLOCATIONS DANS LE BÉRYLLIUM MACLAGE ET DÉFORMATION PAR MONTÉE

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LES DISLOCATIONS DANS LE BÉRYLLIUM

MACLAGE ET DÉFORMATION PAR MONTÉE

J. Poirier, Mme Antolin, J. Dupouy

To cite this version:

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JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C 3, supplément au no 7-8, Tome 27, juillet-août 1966, page C 3-98

LES DISLOCATIONS DANS LE BÉRYLLIUM

MACLAGE ET DÉFORMATION PAR MONTÉE

par J. P. POIRIER, Mme J. ANTOLIN, J. M. DUPOUY Section de Recherche de Métallurgie Physique, C.E.N. de Saclay

Résumé. - Des monocristaux de béryllium comprimés suivant l'axe c, au-dessus de 400 O C subissent une déformation qui peut être attribuée à la montée de boucles de dislocations probablement créées par des sources de Bardeen-Herring. D'autre part, des observations sur les macles ont fourni des confirmations de la théorie du maclage par dislocations. Enfin, on a mis en évi- dence la formation dans les macles de fautes d'empilement due à la condensation de lacunes créées au cours du maclage.

Abstract.

-

Single crystals of beryllium, compressed along the c axis, above 400 OC, undergo a deformation which can be ascribed to the climb of ë dislocation loops possibly created by Bardeen- Herring sources. Observations of twins have given evidence supporting the theory of twinning by dislocations. Also numerous stacking faults have been found in twins ; they result from the condensation of vacancies created during twinning.

Introduction.

-

Le béryllium est un métal hexa- gonal qui se déforme par glissement sur le plan de base et sur le plan prismatique ( 1010 ) dans la direction

Z

et par maclage ( 1012 ) < l o i 1

>.

Le glissement basal et le glissement prismatique ont été étudiés et nos observations ont été rapportées précédemment [l]. Avec les seuls modes de déformation mentionnés ci-dessus le béryllium est fragile à l'ambiante, par contre on sait qu'il a une ductilité raisonnable à chaud, celle-ci n'est pas expliquée : certains ont avancé la possibilité de l'existence d'un glissement des dislocations Z

+

Z,

nous avons tenté de vérifier l'existence d'un tel glissement. Par ailleurs nous avons étudié le maclage et nous rapportons ici quelques observations qui peuvent être d'un intérêt assez général pour la compréhension de ce mode de déformation. Glissement pyramidal. - Les modes connus de déformation du béryllium, à savoir le glissement basal (0001) < 1120

>

et le glissement prismatique ( l o i 0 )

<

1120 > n'ayant ni l'un ni l'autre de composante non basale, il est important de savoir s'il existe ou non un glissement pyramidal dans une direction hors du plan de base. Il a été suggéré par analogie avec d'autres hexagonaux qu'il existait un glissement

<

1123

>

mais les preuves de son existence ne semblent pas concluantes. S'il existe un glissement pyramidal à composante hors du plan de base il doit être mis en évidence par compression suivant l'axe c ce qui évite l'apparition de tous les autres modes de déformation.

De telles expériences ont été réalisées dans notre

laboratoire par M. Le Hazif jusqu'à 600 OC [2] et montrent clairement que ce glissement n'existe pas dans le béryllium de la pureté utilisée. En outre si ce glissement existait on devrait observer dans ces échantillons comprimés des dislocations de vecteur

2

+

a. Aucune dislocation de ce type n'a été observée.

Par contre, il est intéressant de noter que dans des échantillons comprimés au-dessus de 400 OC, on observe de nombreuses boucles de dislocation de vecteur de Burgers

c ;

ces boucles sont situées entiè- rement dans le plan de base et sont donc de caractère coin pur (Fig. 1).

On sait que de telles dislocations sont très rares dans les conditions normales et qu'elles ne correspon- dent à aucun système de glissement ; par conséquent elles ne peuvent se déplacer que par montée. Il est donc probable que la montée des dislocations

2

a joué un rôle dans la déformation subie par les échan- tillons. Pour cela deux conditions doivent être réalisées :

-

les lacunes doivent être suffisamment mobiles dès 400 OC ;

- et on doit avoir des sources actives de dislocations

2.

Or d'une part le coefficient d'autodiffusion du béryllium à 400 OC est élevé, à titre de comparaison on peut noter qu'il est égal à celui de l'aluminium

à 300 OC, on voit que les lacunes sont particulière- ment mobiles dans le béryllium [3].

D'autre part, il est possible que les boucles de dislocation

c

observées se soient multipliées dans le plan de base par un processus de montée à partir

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FIG. 1. -Boucles de dislocations de vecreur de Burgers [O0011 dans le plan de base d'échantillons comprimés au-dessus de 400 OC.

de sources de Bardeen-Herring. En effet des dislocations

2

existant dans le plan de base sont soumises sous les charges de compression atteintes à une impor- tante force élastique F, = bon de l'ordre de 200 dynes/

cm. Cette force élastique favorise la montée comme le ferait une force chimique de sursaturation de lacunes, obtenue par exemple par trempe.

Or une source de Bardeen-Herring constituée d'une dislocation coin de longueur L peut être activée et émettre des boucles si on a une force de sursaturation F, > Gb2/L [4]. On calcule facilement que dans le cas présent la force élastique F, est équivalente à

une force F, correspondant à une sursaturation en lacunes clc, = 2,7. Une telle force peut faire fonction- ner une source avec L > 350

A

ce qui est une condi- tion certainement réalisée au départ.

Il est d'ailleurs intéressant de noter qu'on a vu des boucles ë analogues dans le plan de base de lames de béryllium bombardées par M. Jouffrey avec des ions krypton de 4 keV qui créent d'importantes sursaturations de défauts (Fig. 2).

Il est donc vraisemblable que des sources de dislocation en montée sont activées et contribuent effectivement à la déformation des échantillons comprimés suivant l'axe c à partir de 400 O C .

Maclage. -11 est maintenant admis [5] que le maclage est un processus qui fait intervenir des dislo-

FIG. 2. - Boucles de dislocations de vecteur de Burgers [O001 1

dans le plan de base d'échantillons bombardés aux ions Kr.

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V 3

- 100

J. P. POIRIER, M m e J. ANTOLIN, J. M. DUPOUY

Des dislocations de macle Ont déjà été mises en h i -

_p

_{vecteur de Burgers de la dislocation de Frank n'est} dence au moyen de figures d'attaque dans la calcite _{pas dans une direction cristallographique. L'examen} et le zinc [7] [SI. Dans les Joints de macle du béryl- _{des joints révèle effectivement des dislocations sessiles,} lium les micrographies électroniques montrent sou- _{très droites, alignées suivant l'intersection du plan} vent des lignes de faible Contraste réparties régulière- _de _{et d u plan de glissement (plan de base et} ment dans le joint (Fig. 4). Il est vraisemblable que _{plans prismatiques) mais on ne peut déterminer}

FIG. 4. -Dislocations dans les joints de macle.

ces lignes dont le contraste varie lorsqu'on incline la lame sont les images des dislocations de macle. Il est en effet à remarquer que la dislocation de macle ayant pour vecteur de Burgers b = 0,12 < 101 1 >

,

n = g . b peut prendre des valeurs non négligeables

pour des plans réflecteurs assez près du centre. Par exemple : n = 0,6 pour 1122,

n = 0,5 pour 1012 ce qui peut don- ner un contraste sensible.

11 est toutefois impossible de déterminer le vecteur de Burgers car aux difficultés habituelles de déter- mination dans le cas des imparfaites, s'ajoute le fait qu'il n'existe pas de théorie pratiquement appli- cable du contraste de dislocations dans un interface. Les observations des macles du béryllium appor- tent également d'autres preuves, indirectes celles-ci, de l'existence d'un processus de dislocation. En effet Friedel [5] a prévu la possibilité d'une réaction entre une dislocation de macle et une dislocation parfaite de glissement, avec formation d'une dislocation sessile de Frank à l'intersection du plan de base et du plan de glissement

exactement leur vecteur de Burgers (Fig. 5).

FIG. 5. - Dislocations de Frank dans un joint de macle.

Mais surtout, il semble que la meilleure preuve à

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-

101

FIG. 6 . - Dislocations de vecteur

de Burgers [O0011 dans une macle.

D'autre part, on trouve en arrière des joints de macle une forte densité de boucles de dislocations imparfaites contenant des fautes d'empilement [9] (Fig. 7), alors que l'on n'avait jamais- observé d e

FIG. 7. - Boucles de fautcs d'empilement dans une macle.

telles fautes dans le béryllium. Celles-ci sont généra- lement groupées en bandes denses parallèles au joint de macle et en arrière de celui-ci (Fig. 8), c'est-à-dire

FIG. 8. -Bande de fautes d'empilement dans une macle.

dans la macle ou la matrice selon qu'on les observe après maclage ou démaclage. Ces boucles ont pour vecteur de Burgers $ < 2023 > et le plan de faute est le plan de base. Ce type de faute qui correspond à

l'empilement ABABCBC a probablement l'énergie la plus faible puisqu'il n'implique qu'une seule viola- tion des relations entre seconds voisins (AVAAVA). Le vecteur de Burgers étant hors du plan des fautes, ces dernières sont sessiles et ne peuvent pas avoir été formées par dissociation de dislocations.

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-

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ment mais non les dislocations ë, puis ils ont été déformés de façon à ce qu'aucune nouvelle macle ne puisse se produire. Aucune nouvelle faute ne s'est formée de cette façon ce qui semble bien prouver qu'elles ne proviennent pas de la condensation de lacunes dues à l'écrouissage. Le mécanisme le plus général de production de défauts ponctuels à l'ambiante se trouve donc éliminé.

Il devenait alors primordial de vérifier que les fautes étaient effectivement produites par condensation de lacunes et non par quelque mécanisme géométrique.

Dans ce but on a maclé un échantillon par compression à la température de l'azote liquide où les lacunes si elles sont formées ne doivent pas encore être condensées en boucles. On a mesuré par une méthode d'induction [ I l ] la résistivité à la température de l'hydrogène liquide des échantillons avant maclage, après maclage à froid et après un recuit à l'ambiante. On a observé que le maclage introduit un excès de résistivité de l'ordre de 7

%

qui disparaît après un recuit à la température ambiante.

11 semble donc prouvé que les boucles de faute sont produites par la condensation à l'ambiante de lacunes créées au cours du maclage par un mécanisme encore inconnu.

Conclusian. - On a observé dans les macles divers

types de dislocation dont la présence confirme la théorie du maclage par dislocation. On a également mis en évidence la formation de fautes d'empilement

dues à la précipitation de lacunes formées au cours du maclage.

Enfin bien qu'on ne puisse mettre en évidence de glissement pyramidal dans une direction hors du plan de base, de nombreux faits conduisent à penser qu'une déformation est cependant possible par montée des dislocations 2 au-dessus de 400 OC.

Remerciements.

Nous tenons à remercier M. Delaplace qui a effectué les mesures de résistivité sur les échantillons maclés.

Bibliographie

[l] ANTOLIN (J.), POIRIER (J. P.), DUPOUY (J. M.), Rap- port CEA-R 2789, 1965.

[2] LE HAZIF (R.), DUPOUY (J. M.), C. R. Acad. Sc.,

Paris, à paraître.

[3] MATHIE (J.), DUPOUY (J. M.), à paraître.

[4] EMBURY (J. D.), NICHOLSON (R. B.), Acta Met., 1963,

11, 347.

[ 5 ] FRIEDEL (J.), Dislocations, Pergamon Press, 1964. [6] WESTLAKE (D. G.), Acta Met., 1961, 9, 327.

[7] STARTSEV, BENGUS, KOMNIK, LAVRENT'EV, Soviet Phys. Cryst., 1964, 8, 506.

[8] STARTSEV (V. I.), J. Phys. Soc. Japan, 1963, 18, sup.

III, 16.

[9] ANTOLIN (J.), POIRIER (J. P.), DUPOUY (J. M.), C. R. Acad. Sc. Paris, 1965, 261, 5477.

[IO] BERGHEZAN (A.), FOURDEUX (A.), AMELINCKX (S.),

Acta Met., 1961, 9 , 464.

[Il] HILLAIRET (J.), DELAPLACE (J.), Rapport CEA-2402,