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Article n°2 : Cristallographie des métaux

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1 Article n°2 : Cristallographie des métaux le Dim 5 Aoû 2012 - 10:35

Admin Hania



Entre l’état liquide (au-delà de la température de fusion) et l’état solide (l’ambiante, sauf les métaux liquide), la plupart des métaux présentent plusieurs structures cristallines en fonction de la température : on parle de formes allotropiques. Ces structures sont en général simples, par exemple les structures cubique centrée (c.c), cubique à faces centrées (c.f.c) et hexagonale compacte (h.c) qui sont représentées sur la figure 1.
Dans le cas du fer (Fe), il existe trois formes allotropiques :
* Fer c.c dit « ferrite » entre la température ambiante et 908 °C ;
** Fer c.f.c dit « austénite » entre 908 °C et 1401 °C ;
*** Fer c.c dit « delta » entre 1401 °C et 1528 °C ;

Les indices d’une direction dans un cristal sont les plus petits nombres entiers formant entre eux le même rapport que les composantes d’un vecteur colinéaire à la direction considérée : par exemple, la diagonale d’une maille cubique se note <111>. Dans le cas particulier des cristaux cubiques dont le paramètre égale à (a), la direction est perpendiculaire à la famille de plans parallèles entre eux, et la distance entre plans réticulaires les plus proches est : d hkl = a / racine(h²+k²+l²)




Figure 1 : Systèmes cristallographiques simples.


1 — Dans le système cubique centré, la maille cubique comporte un atome au centre et un à chaque sommet, soit deux atomes en propre (les atomes à chaque sommet étant communs à huit mailles). La maille élémentaire, contenant un atome, est rhomboédrique. Un plan tel que BED correspond aux indices de Miller (111) et BCHE à (110).
2 — Dans le système cubique à faces centrées, la maille cubique comporte un atome à chaque sommet et un au milieu de chaque face, ce qui correspond à quatre atomes par maille. La maille élémentaire est également rhomboédrique et contient un atome.
3 — Dans le système hexagonal compact, la maille élémentaire contient deux atomes et est un prisme droit à base losange (GBAFG’B ’A’F ’ sur la figure 1). Mais on considère plus souvent le prisme droit à base hexagonale de volume triple du précédent. Sa hauteur est c = a racine(8/3), a étant la longueur du côté de l’hexagone de base. La maille hexagonale comporte un atome à chaque sommet du prisme, un au centre de chaque base et en plus trois atomes (M, N et P ) dans le plan situé à mi-distance des deux bases, et qui se projettent (parallèlement aux génératrices du prisme) aux centres des triangles équilatéraux tels que AGB. Dans les systèmes hexagonaux, on utilise en général quatre indices de Miller h, k, l, m, pris respectivement par rapport à GB, GD, GF et la hauteur GG’ ; h, k et ne sont donc pas indépendants, mais : l = - (h+k). Le plan de base est alors désigné par (0001) et un plan tel que ABA’B ’, dit plan prismatique de première espèce, est noté (1-100).

Principaux métaux de structure simple

i) c c :
— alcalins (Li, Na, K, Rb, Cs) ;
— métaux de transition de milieu de série (V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe) ;
— formes allotropiques de haute température de beaucoup de métaux (Ti, Zr, Hf, U, Fe, Mn, ...) ;
— Ba.
ii) c f c :
— métaux nobles (Cu, Ag, Au) ;
— métaux de fin de série de transition (Ni, Rh, Pd, Ir, Pt) ;
— Pb, Ca, Sr, Al, Fe, Ce, Th.
iii) h c :
— quelques métaux divalents (Be, Mg, Cd, Zn) ;
— métaux de début de série de transition (Ti, Zr, Hf, Sc, Y, La) ;
— Co, Tc, Re, Ru, Os, Tl ;
— Li et Na à basse température (77 K).

Une maille élémentaire du réseau cristallin peut également être définie comme le plus petit volume délimité par les plans médiateurs des vecteurs joignant un nœud du réseau à tous les autres : c’est la cellule de Wigner-Seitz. Chacun des types de réseau rencontré dans la nature est classé suivant ses éléments de symétrie et constitue un réseau de Bravais.

Il existe 14 réseaux de Bravais :
• cubique (simple, centré, à faces centrées) ;
• hexagonal ;
• trigonal ou rhomboédrique ;
• tétragonal ou quadratique (simple, centré) ;
• orthorhombique (4 systèmes) ;
• monoclinique (2 systèmes) ;
• triclinique.

Si l’on assimile les atomes à des sphères indéformables en contact les unes avec les autres dans le solide, on peut montrer que les structures c.f.c et h.c correspondent à des empilements aussi compacts que possible de telles sphères : en effet, chaque plan (111) d’un cristal c.f.c ou chaque plan de base (0001) d’un cristal h.c peut être considéré comme une couche compacte d’atomes, chaque atome sphérique étant en contact avec ses six voisins. Dans tous les cas, la fraction de volume total occupé par les sphères est maximale et égale à 0,74.

Mots clés : Cristallographie, Forme allotropique, Température, Réseau d’atomes, Maille, Réseau de Bravais, Empilements.

youb-sab


Merci infiniment

3 Cristallographie des métaux le Lun 6 Aoû 2012 - 19:54

Zouaoui


Salutation,
Merci pour cet article Hania, je suis de ton avis sur tous ce que tu as dis sur cet article sauf pour
- Les liquides (métaux liquides) qui présentent des liaisons en chaines et non pas des réseaux cristallins.
- La cristallisation des métaux ne dépond pas que de la température de leurs élaboration, il vos mieu dire, à mon avis si vous le permettez, dépend des conditions de leurs élaborations, comme ça tu résume tous (température d’élaborations, défaut, vitesse de dépôt s’il s’agit d’un dépôt,…).
Et il ne faux pas oublier de dire que ces histoires des réseaux de bravai ne sont valides que si nous considérons les atomes des métaux comme étant des sphères dures.
Saha shourake et ramdanek
Amicalement

Admin Hania



Salem ;

Merci Zouaoui pour ton intervention, certains informations méritent d'être révisées et puis ça m'arrive de le faire exprès pour voire la réaction des gens du domaine Smile .
Vous avez raison, on parle de "conditions d'élaboration", c'est mon mon fétiche, je ne sais pas comment je l'ai loupé Smile

Sa7aftourkoum et à la prochaine.


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