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Les verres métalliques massifs : matériaux à faible ou à fortcoefficient d’amortissement ?*

Published online by Cambridge University Press:  23 December 2011

J. M. Pelletier*
Affiliation:
Université de Lyon, MATEIS, UMR CNRS, INSA-Lyon, Bât. B. Pascal, 69621 Villeurbanne Cedex, France. e-mail : [email protected]
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Abstract

Les verres métalliques présentent des caractéristiques très intéressantes, en particulierleurs propriétés élastiques, combinées avec une relative facilité de mise en œuvre àtempérature pas trop élevée. C’est ce qui conduit à leur utilisation comme matériau pourdes composants en micro-mécanique, des matériels sportifs, des boitiers pour la téléphonieou l’informatique. Mais pour de nombreuses applications une autre caractéristiquemécanique peut être essentielle : leur coefficient d’amortissement. Si par exemple pourcertaines pièces mécaniques un rendu optimal de l’énergie est requis (cas par exempled’une raquette de tennis de haute performance), une forte capacité d’amortissement peut enrevanche être indispensable pour d’autres composants mécaniques. Le coefficientd’amortissement dépend pour un matériau donné, notamment de la fréquence de sollicitationet de la température. Pour les verres métalliques, il apparaît schématiquement deuxdomaines : – À basse température, c’est-à-dire par exemple à la température ambiante pourles verres métalliques massifs base zirconium, palladium ou cuivre, le coefficientd’amortissement est très faible, de l’ordre de quelques 10-6, une valeur prochede celle observée dans la silice de très haute pureté. Combinée au caractère conducteur dumatériau, ceci permet d’envisager l’application de ces matériaux pour la réalisationd’éléments de résonateurs. Un exemple, celui d’un résonateur hémisphérique pourapplication gyroscopique est présenté en détail. Il est montré dans ce cas que destraitements thermiques appropriés peuvent conduire à l’amélioration des caractéristiquesrecherchées. – À haute température, c’est-à-dire au voisinage de la température detransition vitreuse. Celle-ci se situe pour les matériaux considérés (base Zr, base Pd oubase Cu) aux alentours de 400 °C. À l’instar de tous les autres matériaux amorphes, lecoefficient d’amortissement devient alors très grand et des valeurs du facteur de pertesupérieures à 1 sont fréquemment observées. Ceci résulte de la mobilité atomique oumoléculaire qui devient alors très importante, entrainant une dissipation d’énergieimportante lors de toute sollicitation mécanique. Dans ces conditions l’effet de lafréquence devient très net. Ces différents résultats, obtenus lors d’essais mécaniquesdynamiques, sont corroborés par des essais de caractérisation de la microstructure dumatériau, notamment par diffraction des rayons X in-situ. Différents modèles physiquespermettant de comprendre le comportement mécanique en lien avec la nature du matériau sontprésentés.

Type
Research Article
Copyright
© EDP Sciences, 2011

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References

Références

Klement, W., Willens, R.H., Duwez, P., Nature 187 (1960) 869
Peker, A., Johnson, W.L., Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 234
Johnson, W.L., Mater. Sci. Forum 225-227 (1996) 35
Bush, R., Johnson, W.L., Appl. Phys. Lett. 72 (1998) 2695
Bush, R., Bakke, E., Johnson, W.L., Acta Mater. 46 (1998) 4725
Inoue, A., Mater. Trans. JIM 36 (1995) 866
Kato, H., Inoue, A., Chen, H.S., Acta Mater. 54 (2006) 891
Kato, H., Inoue, A., Chen, H.S., J. Non-Cryst. Solids 353 (2007) 3764
Huan, Y.J., Shen, J., Sun, J.F., Yu, X.B., J. Alloys Compd. 427 (2007) 171
Etienne, S., Cavaille, J.Y., Perez, J., Point, R., Salvia, M., Rev. Sci. Inst. 53 (1982) 1261
Inoue, A., Takeuchi, A., Acta Mater. 59 (2011) 2243-2267
Kumar, G., Schroers, J., Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 031901-031903
Schroers, J., Acta Mater. 56 (2008) 471-481
A.S. Nowick, B.S. Berry, Anelastic relaxations in Crystalline Solids, Academic Press, NY, 1972
R. Schaller, G. Fantozzi, G. Gremaud, Mechanical Spectroscopy, Trans. Tech. publications, Switzerland, 2001
Zener, C., Phys. Rev. 52 (1937) 230
Zener, C., Phys. Rev. 53 (1937) 91
C. Zener, Elasticity and anelasticity of metals, The university of chigago press, 1948
Cohen, M.H., Turnbull, D., J. Chem. Phys. 31 (1959) 1164
Cohen, M.H., Grest, G.S., Phys. Rev. B 21 (1980) 4113
de Hey, P., Sietsma, J., van den Beukel, A., Acta Mater. 46 (1998) 5873
Spaepen, F., Scripta Mater. 54 (2006) 363
Adam, G., Gibbs, J.H., J. Chem. Phys. 43 (1965) 139
Tsang, K.Y., Ngai, K.L., Phys. Rev. E 54 (1996) 3067
Ngai, K.L., Phys. Rev. E 57 (1998) 7346
Parisi, G., Mezard, M., Phys. Rev. Lett. 82 (1999) 747
Debenedetti, P.G., Stillinger, F.H., Nature 410 (2001) 259
W. Götze, L. Sjoegren, Rep. Prog. Phys. 55 (1992); W. Götze, J. Phys. : Condens. Matter. 11 (1999) A1
Langer, J.S., Scripta Mater. 54 (2006) 375
Rekhson, S., J. Non-Cryst. Solids 131-133 (1991) 467
Granato, A.V., J. Alloys Compd. 355 (2003) 171
Argon, A.S., Acta Metall. 27 (1977) 47
Cavaille, J.Y., Perez, J., Johari, G.P., Phys. Rev. B 39 (1989) 2411
Perez, J., Cavaille, J.Y., Tatibouet, J., J. Chim. Phys. 87 (1990) 1923
Cavaille, J.Y., Perez, J., Johari, G.P., J. Non-Cryst. Solids 131 (1991) 935
Perez, J., Polymer 29 (1998) 483
Gauthier, C., Pelletier, J.M., David, L., Vigier, G., Perez, J., J. Non Cryst. Solids 274 (2000) 181
Munch, E., Pelletier, J.M., Sixou, B., Vigier, G., Polymer 47 (2006) 3477
Palmer, R.G., Stein, D.L., Abrahams, E., Anderson, P.W., Phys. Rev. Lett. 53 (1984) 958
Pelletier, J.M., Van de Moortèle, B., J. Non-Cryst. Solids 325 (2007) 133
Pelletier, J.M., Van de Moortèle, B., J. Non-Cryst. Solids 353 (2007) 3750
Van de Moortèle, B., Epicier, T., Pelletier, J.M., Soubeyroux, J.L., J. Non-Cryst. Solids 345-346 (2004) 169
Pelletier, J.M., Van de Moortele, B., Lu, I.R., Mater. Sci. Eng. A 336 (2002) 190
Q. Wang, J.M. Pelletier, J.J. Blandin, J. Alloys Compd. (2010) sous presse
Schröter, K., Wilde, G., Willnecker, R., Weiss, M., Samwer, K., Donth, E., Eur. Phys. J. B 5 (1998) 1
Donzel, L., Lakki, A., Schaller, R., Philos. Mag. A 76 (1997) 933
Schröter, K., Donth, E., J. Non-Cryst. Solids. 307-310 (2002) 270
Perera, D.N., J. Phys. : Condens. Matter. 11 (1999) 3807
Perera, D.N., Tsai, A.P., J. Phys. D : Appl. Phys. 32 (1999) 2933
C. Haon, Ph.D., Grenoble, 2006
Haon, C., Saqure, H., Daniel, M., Drevet, B., Camel, D., Garandet, J.P., Pelletier, J.M., Eustathopoulos, N., Mater. Sci. Eng. A 495 (2008) 215