Bonjour,
Je pose cette question sur le forum étudiants car j'espère l'avis d'étudiants éclairés en science des matériaux (SVP bac+2 min vu le sujet assez spécialisé), ou avec un peu de chance celui de leurs professeurs!
J'essaie d'aider un collègue qui a des problèmes avec des cibles minces de fer (0.25microns) déposées sur du graphite (0.1microns), soumises à des faisceaux d'ions lourds de haute énergie (quelques MeV/nucleons, pour des expériences de physique nucléaire).
Ces cibles cassent plus tôt que ce à quoi il s'attend en tenant compte uniquement des défauts crées par les ions énergétiques (qui font de véritables "trous" en raison de leur haute énergie)
Donc ayant quelques (lointains!) souvenirs de mes études en science des matériaux, je lui ai suggéré qu'il pouvait s'agir d'un problème de diffusion du C dans Fe, puisque le faisceau dépose suffisamment d’énergie pour chauffer la cible entre 300 et 700°C suivant l’intensité (valeurs probablement surestimées car il s'agit de calculs thermiques peu adaptés à ces cibles minces), et d'autant plus que les cibles ont auparavant été fortement chauffées lors du dépôts Fe sur C par évaporation sous vide (probablement >800°C car le creuset d’évaporation du Fe est à quelques cm du substrat en graphite)
J'ai d'abord calculé quelques ordres de grandeur pour vérifier que la diffusion du C dans Fe était assez rapide pour s'en préoccuper: à 250°C on a déjà une longueur de diffusion typique ~0.1microns/s (https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/am...iron_small.gif, très bien ce site!), donc vu la faible épaisseur des cibles <<1 micron, je considère que le C diffuse assez rapidement pour atteindre l’équilibre thermodynamique et donner la phase/concentration attendue sur le diagramme des phases Fe/C stable (http://www.gotrawama.eu/Siderurgia/T...)%20System.pdf)
Donc le scénario que j'imagine après avoir jeté un coup d’œil à ce diagramme:
Lors de l’évaporation, comme la température est probablement de l'ordre de ~750°C ou un peu plus, je m'attend à ce que la phase formée lors du dépôts Fe sur C, soit de l’austénite (phase gamma), saturé en C, soit ~0.8%C (puisque qu'on a vu que le coef. de diffusion était élevé)
1ère question: est ce qu'il est possible que l’austénite s'enrichisse en C au delà de la solution solide saturée (par exemple si C précipite sous forme de C/graphite ou cémentite/Fe3C?), sinon la diffusion s'arrête quand on atteint l’équilibre austénite saturée?
Ensuite après l'évaporation on laisse refroidir sous vide (lentement~30min), 2éme question: quand on repasse sous 1000K, donc en phase ferrite (alpha), obtient on ferrite+cémentite? (diagramme dit métastable voir lien précédent), ou ferrite+graphite? (diagramme dit stable), ou un mélange des deux? ou encore de l’austénite resterai sous forme métastable?
En tout cas je m'attend à un changement de phase, donc des contraintes mécaniques qui pourraient déjà fragiliser la cible
Ensuite on met la cible sous faisceau (~1 jour suivant l'intensité, jusqu'à ce qu'elle casse):
-cas 1 faible intensité: température estimée ~300°C: s'il reste de l’austénite ou cémentite, à cette température ces phases métastable peuvent elle se décomposer sous forme C+ferrite? (ou possible mais trop lent?)
-cas 2 forte intensité: température estimée ~700°C (mettons 750°C pour dire qu'on est bien dans le domaine de la phase austénite): là pour moi il y a pas trop de doute: pas étonnant que ça casse rapidement puisque qu'on a un changement de phase donc encore des contraintes mécanique
Est ce que ce scénario tient la route?
D'autres suggestions?
PS: vu les faibles épaisseurs je néglige les éventuelles contraintes purement thermiques, entre autre dues aux différences de dilatation du dépôt Fe et du substrat C, je néglige aussi l'oxydation car on chauffe uniquement sous vide (à vérifier si les cibles restent longtemps à l'air, mais rarement plus d'1 jour et toujours à T°ambiante)
Même si on a pas de solution, si on est sûr de comprendre pourquoi nos cibles cassent ce serai déjà pas mal!(mon collègue réfléchi déjà à utiliser autre chose qu'un substrat en graphite...)
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j'avais hésité, c'est juste que je visais surtout les étudiants en science des matériaux, et surtout leurs professeurs! 