Du verre au cristal , livre ebook

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Description

Les vitrocéramiques sont des matériaux de plus en plus utilisés dans notre vie quotidienne, bien qu’ils soient connus depuis moins d’un siècle. Ce livre apporte une vision théorique et expérimentale de la cristallisation dans les verres et les vitrocéramiques. Il fait le point sur les développements récents concernant les mécanismes de nucléation, de croissance cristalline et de séparation de phase, en regroupant les aspects théoriques, les moyens de caractérisation et les applications actuelles ou futures des diverses familles de vitrocéramiques.

Cet ouvrage pédagogique de référence s’adresse aux étudiants (master, doctorat, élèves ingénieurs), aux enseignants, chercheurs, ingénieurs et professionnels travaillant sur les vitrocéramiques et les verres, pour l’industrie verrière, sur les techniques de microscopie et de spectroscopie... ou tout simplement à chacun d’entre nous désireux de découvrir l’univers passionnant de la transformation du verre en cristal et des matériaux hybrides verre-cristal nés de cette transformation...

Sujets

Techniques

Automatisation et Contrôle

Matériaux

Sciences et techniques

Technology

Engineering

Matériau

Ingénierie

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Publié par	EDP Sciences
Date de parution	01 juin 2013
Nombre de lectures	7
EAN13	9782759810642
Langue	Français
Poids de l'ouvrage	73 Mo

Informations légales : prix de location à la page 0,9150€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Extrait

DU VERRE AU CRISTAL
Nucléation, croissance et démixtion,
de la recherche aux applications
Sous la direction de
Daniel R. Neuville, Laurent Cormier, Daniel Caurant, Lionel Montagne
DU VERRE AU CRISTAL
Les vitrocéramiques sont des matériaux de plus en plus utilisés dans notre vie quotidienne, bien qu’ils soient
connus depuis moins d’un siècle. Ce livre apporte une vision théorique et expérimentale de la cristallisation dans Nucléation, croissance et démixtion, les verres et les vitrocéramiques. Il fait le point sur les développements récents concernant les mécanismes
de nucléation, de croissance cristalline et de séparation de phase, en regroupant les aspects théoriques, les de la recherche aux applicationsmoyens de caractérisation et les applications actuelles ou futures des diverses familles de vitrocéramiques.
Cet ouvrage pédagogique de référence s’adresse aux étudiants (master, doctorat, élèves ingénieurs), aux
enseignants, chercheurs, ingénieurs et professionnels travaillant sur les vitrocéramiques et les verres, pour
l’industrie verrière, sur les techniques de microscopie et de spectroscopie... ou tout simplement à chacun
d’entre nous désireux de découvrir l’univers passionnant de la transformation du verre en cristal et des
matériaux hybrides verre-cristal nés de cette transformation...
Daniel R. Neuville, Directeur de recherche CNRS, étudie les silicates vitreux et fondus, en reliant leur structure
à haute température aux propriétés thermodynamiques et rhéologiques, les champs d’applications allant de
l’industrie verrière à la volcanologie.
Laurent Cormier, Chargé de recherche CNRS, étudie les relations structure-propriétés des verres et des
liquides d’oxydes pour mieux comprendre la nucléation et le rôle des agents nucléants dans la formation des Sous la direction de
vitrocéramiques.
Daniel Caurant, Chargé de recherche CNRS, étudie les relations existant entre composition, structure, Daniel R. Neuville, Laurent Cormier,
cristallisation et propriétés des verres d’oxydes riches en terres rares ou en métaux de transition.
Daniel Caurant, Lionel MontagneLionel Montagne, Professeur à l’Université de Lille 1, étudie les relations entre structure et propriétés des
verres et vitrocéramiques, en particulier par RMN des solides.
ISBN : 978-2-7598-0843-4 / 75 € TTC
www.edpsciences.org
matériaux I chimie chimie I matériaux
DU VERRE AU CRISTAL
Daniel R. Neuville, Laurent Cormier, Daniel Caurant, Lionel Montagne DU VERRE AU CRISTAL
Nucle´ation,croissanceetde´mixtion,
de la recherche aux applications
Sousladirectionde
DanielR.Neuville,LaurentCormier,Caurant,LionelMontagne
´Edite´avec le soutien du GDR-VERRE
et de l’Union pour le Science et
la Technologie Verrieres`
17, avenue du Hoggar
Parc d activite´s de Courtaboeuf, BP 112
91944 Les Ulis Cedex A, FranceImprime´ en France
ISBN : 978-2-7598-0843-4
Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous proce´de´s, re´serve´s pour tous
pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des aline´as 2 et 3 de l’article 41, d’une part,
que les « copies ou reproductions strictement re´serve´es a` l’usage prive´ du copiste et non destine´es a`
une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but
´ ´d’exemple et d’illustration, « toute representation integrale, ou partielle, faite sans le consentement
er´de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinea1 de l’article 40). Cette
repre´sentation ou reproduction, par quelque proce´de´ que ce soit, constituerait donc une
contrefac¸on sanctionne´e par les articles 425 et suivants du code pe´nal.
EDP Sciences 2013Table des matie`res
´Preface..................................................... xv
Introduction .. xvii
Contributeurs ............................................. xix
Principaux symboles et constantes physiques ... xxiii
´Abreviations............................................... xxv
Principales phases cristallines aborde´es dans
cet ouvrage .............................................. xxix
´ ´Chapitre 1 : La theorie classique de la nucleation
1.1. De la de ´vitrification... ..................................... 2
1.2. ... Aux origines de la CNT ..... 3
1.3. Nucle ´ation homoge `ne ............... 4
1.3.1. Conside´rations thermodynamiques ........................ 4
1.3.2.e´ cine ´tiques......... 7
1.3.3. Taux de nucle´ation............. 8
1.3.4. Exemples de verres avec nucle ´ation homoge `ne................ 9
´ ´ ´ `1.4. Nucleation heterogene..................................... 10
1.5. Temps d’induction.................. 13
1.6. Croissance cristalline.......... 15
1.6.1. Taux de croissance cristalline ............. ............. 15
1.6.2. Morphologie cristalline...................... 17´ ´ii DU VERRE AU CRISTAL:NUCLEATION, CROISSANCE ET DEMIXTION
1.6.3. Contraintes sur les cristaux............................. 19
1.6.4. Mu ˆrissement d’Ostwald.......... 19
1.6.5. Diagramme TTT............... 20
1.7. La CNT confronte ´ea ` l’expe ´rience........................... 21
1.8. Loi d’Ostwald........................... 23
1.9. Conclusion ............. 23
Chapitre 2 : Au-dela` de la the´orie classique
de la nucle´ation
2.1. Dynamique d’amas........................................ 25
´2.2. Fonctionnelle de la densite..... 27
´2.3. Validite de la relation de Stokes-Einstein ? ......... 29
`2.4. Modeles de germe non classique ...................... 29
2.4.1. Introduction d’une surface fractale........................ 30
2.4.2. The ´orie de l’interface diffuse (DIT) . 31
2.4.3. Observations experimentales des germes critiques ? . 32´
2.5. Syste `me de ´sordonne ´ non-homoge `ne ......................... 33
2.5.1. The ´orie de la nucle ´ation dans des syste `mes avec un de ´sordre
statique local........................................ 33
2.5.2. Observations expe ´rimentales re ´centes....................... 35
2.6. Approche ge ´ne ´ralise ´e de Gibbs ............................. 36
2.6.1. Description the ´orique simplifie´e..... 37
2.6.2. Implications pour la nucle ´ation/croissance.................. 40
2.6.3. Observations expe ´rimentales de nucle ´ation me ´tastable.......... 41
2.7. Mode `le a` deux-e ´tapes ..................................... 44
2.7.1. Description du mode `le a` deux-e ´tapes....................... 44
2.7.2. Observations expe ´rimentales....... 47
2.8. Conclusions ............................................. 47
Chapitre 3 : Stabilite´ thermodynamique
et cine´tique globale de transformation
´ ´ `3.1. Stabilite et instabilite thermodynamique dans un systeme vitreux... 49
3.1.1. Stabilite ´ et postulats de la thermodynamique [117]............ 50
3.1.2. Condition de stabilite ´ – Retour a` l’e ´quilibre ...... 52
3.1.3. Description thermodynamique de la transition vitreuse ......... 58
´ ´ ´3.2. Approche phenomenologique de la cinetique de transformation.. 66
3.2.1. Transformation par germination et croissance – vitesses constantes .. 67
3.2.2. Transformation par germination et croissance – vitesse de croissance
constante, vitesse deion dependante du temps......... 70´`TABLE DES MATIERES iii
3.2.3. Forme ge ´ne ´rale de l’e ´quation cine ´tique ..................... 71
3.2.4. En pratique... ........................... 71
3.3. Conclusion .............................................. 75
´Chapitre 4 : Processus de demixtion dans
les verres
4.1. Introduction............................................. 77
4.2. Description thermodynamique de la se ´paration de phase .. 78
4.2.1. Notion de solubilite ´ dans les solutions ide ´ales................ 78
4.2.2. Immiscibilite ´ dans les solutions re ´guli`eres........ 79
4.2.3. Description des domaines d’immiscibilite ´ dans les verres ........ 82
´ ´4.3. Cinetique de la demixtion.................................. 88
4.3.1. Influence du mode de diffusion .......................... 88
4.3.2. Cine ´tique de la de ´mixtion par nucle ´ation croissance 89
4.3.3. De ´composition spinodale – Approche de Cahn et Hilliard....... 89
4.4. Influence de la structure des verres sur la tendance a` la de ´mixtion .. 91
4.4.1. Modeles structuraux – systemes binaires silicates et borates ...... 91` ` ´ ´
4.4.2. Influence de l’ajout d’e´le´ment sur la de ´mixtion............... 96
4.4.3. Les outils de caracte ´risation structurale ......... 98
4.5. Caracte´risation de la de ´mixtion ............................. 98
´4.5.1. Etude de la de ´mixtion me ´tastable......................... 99
´4.5.2. Etude de la de ´ stable qui se prolonge dans le domaine
me ´tastable.................... 99
4.5.3. Exemple de mode de de ´mixtion........................... 102
Chapitre 5 : Approche cristallochimique des
´principales phases cristallines observees dans
les vitroce´ramiques
5.1. Introduction............................................. 107
5.2. Les phases cristallines silicate ´es . 108
5.2.1. Ge ´ne ´ralite´s ......................................... 108
5.2.2. Les six familles de silicates........ 110
5.2.3. Les polymorphes de la silice ....... 118
5.3. Les phosphates........................................... 123
5.3.1. Conse ´quence de la pentavalence du phosphore ............... 123
5.3.2. Les familles de phosphates ................... 123
5.3.3. Precipitation de cristaux non-phosphates a partir de verres de´ `
phosphates............................... 131´ ´iv DU VERRE AU CRISTAL:NUCLEATION, CROISSANCE ET DEMIXTION
5.4. Autres phases cristallines................................... 131
5.5. Conclusion .................. 135
´ ˆChapitre 6 : Elaboration et controle de la
´microstructure des vitroceramiques
6.1. Enjeux de la maı ˆtrise de la microstructure dans les
vitroce´ramiques .......................................... 137
6.2. Parame `tres controˆlables ....... 138
6.2.1. Composition du verre parent ............................ 138
6.2.2. Me ´canisme de nucle ´ation/croissance 138
6.2.3. Traitement thermique............ 139
´ ´ ´6.3. Procedes d’elaboration ..............