Propriétés et comportements des matériaux : science des matériaux : du microscopique au macroscopique

Auteur(s) :

Cornet, Alain Découvrir l'auteur

Résumé

Exposé précis des propriétés et des comportements comparés des trois grandes familles de matériaux : métaux et alliages, céramiques et verres, polymères.

Autre(s) auteur(s)
- Hlawka, Françoise
Éditeur(s)
- Ellipses
Date
- 2010
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (VIII-318 p.) : illustrations en noir et en couleur ; 26 x 17 cm
Collections
- Technosup
Sujet(s)
- Résistance des matériaux
- Matériaux -- Propriétés mécaniques
ISBN
- 978-2-7298-6118-6
Indice
- 620.2 Sciences des matériaux
Quatrième de couverture
- L'ouvrage : niveau B (IUP - Licence)
  L'ouvrage est un exposé progressif très précis des propriétés et des comportements comparés des trois grandes familles de matériaux : métaux et alliages, céramiques et verres, polymères. Il montre clairement comment leurs propriétés macroscopiques découlent de leur structure microscopique, à une échelle parfois inférieure au nanomètre.
  Une première partie explique la cohésion de la matière et les agencements des structures allant de Tordre cristallin à l'état vitreux.
  Puis, l'étude des transitions de phase met en évidence, selon les lois de la thermodynamique, les changements subis lors de l'élaboration, de la mise en oeuvre ou même de l'utilisation.
  Enfin, découlant de ces deux premières parties, l'étude des propriétés mécaniques (statiques et dynamiques) aboutit aux lois de comportement des trois classes de matériaux, lois qui traduisent leur réponse à une sollicitation mécanique, en tenant compte des influences du temps, de la température (fluage) et de l'endommagement progressif (fatigue).
  L'exposé est illustré par de nombreux exemples.
  Il est conforté par des exercices avec solution, qui contribueront efficacement à l'assimilation des connaissances fondamentales en science des matériaux.
Tables des matières
- - Science des matériaux
  - Propriétés et comportements des matériaux
  - Du microscopique au macroscopique
  - Alain Cornet
  - Françoise Hlawka
  - Ellipses
  - Chapitre I - Introduction 1
  - 1- Matériaux anciens et matériaux modernes 1
  - 2- Classification des matériaux 2
  - 2.1. Classement des matériaux selon leur microstructure2
  - 2.2. Classement des matériaux selon leur emploi4
  - 3- Plan de l'ouvrage 5
  - Partie A : De la microstructure à la macrostructure des matériaux
  - Chapitre II - Eléments de physique atomique 7
  - 1- Bases de la mécanique quantique 8
  - 1.1. Equivalence masse - énergie8
  - 1.2. Dualité ondes - corpuscules8
  - 1.3. Principe d'exclusion de Pauli10
  - 1.4. Principe d'incertitude de Heisenberg10
  - 1.5. Quelques rappels sur les propriétés des ondes10
  - 1.6. Ondes associées aux particules13
  - 1.7. Notion de paquet d'ondes14
  - 1.8. Ondes stationnaires15
  - 2- Equation de Schrödinger 17
  - 2.1. Equation de Schrödinger indépendante du temps17
  - 2.2. Energie potentielle d'une particule17
  - 2.3. Solutions de l'équation de Schrödinger18
  - 3- Electrons dans les atomes 19
  - 3.1. Moments cinétiques et moments magnétiques19
  - 3.2. Structure électronique des atomes24
  - 4- Formes des orbitales atomiques 29
  - 4.1. Représentation radiale des orbitales atomiques29
  - 4.2. Représentation angulaire des orbitales atomiques29
  - 4.3. Autres représentations30
  - 5- Liaisons atomiques 31
  - 5.1. Liaisons fortes31
  - 5.2. Liaisons faibles33
  - 5.3. Propriétés induites par le type de liaison34
  - 6- Exercices 35
  - Chapitre III - Solides cristallins 37
  - 1- Stabilité des solides 37
  - 2- Concepts des structures cristallines 40
  - 2.1. Loi de la constance des angles dièdres41
  - 2.2. Loi des troncatures41
  - 2.3. Forme macroscopique des cristaux43
  - 3- Réseau périodique 44
  - 3.1. Rangées et plans réticulaires45
  - 3.2. Maille élémentaire et maille conventionnelle45
  - 4- Systèmes cristallins 46
  - 4.1. Réseaux de Bravais46
  - 4.2. Symétries cristallines48
  - 5- Indices de Miller 49
  - 5.1. Cas des plans49
  - 5.2. Cas des directions50
  - 5.3. Distances entre plans51
  - 5.4. Cas particulier du système hexagonal52
  - 5.5. Plans de grande densité52
  - 6- Quelques structures types 53
  - 7- Cristaux métalliques 54
  - 8- Cristaux céramiques 56
  - 8.1. Exemple des silicates56
  - 8.2. Exemple des pérowskites57
  - 9- Défauts des structures cristallines 58
  - 9.1. Types de défauts58
  - 9.2. Défauts ponctuels59
  - 9.3. Défauts linéaires : dislocations60
  - 9.4. Défauts plans : joints de grains63
  - 10- Quasicristaux 64
  - 11- Exercices 66
  - Chapitre IV - Solides non cristallins ou partiel. Cristallins 69
  - 1- Structure des verres 69
  - 2- Structures des polymères 72
  - 2.1. Macromolécules72
  - 2.2. Configurations des macromolécules73
  - 2.3. Liaisons entre les atomes des macromolécules74
  - 2.4. Polymères réguliers77
  - 2.5. Polymères cristallins et non cristallins79
  - 2.6. Polymères thermodurcis83
  - 3- Exercices 85
  - Chapitre V - Propriétés elastoplastiques microscopiques 87
  - 1- Contraintes et déformations 87
  - 1.1. Contraintes87
  - 1.2. Déformation d'un milieu continu90
  - 1.3. Relation contrainte déformation : élasticité91
  - 2- Déformation élastique microscopique 93
  - 2.1. Loi de Hooke93
  - 2.2. Agitation thermique et dilatation94
  - 3- Vibrations des réseaux cristallins 95
  - 3.1. Premiers modèles95
  - 3.2. Ondes élastiques dans les cristaux97
  - 4- Déformation plastique des cristaux 99
  - 4.1. Glissements dans les monocristaux99
  - 4.2. Consolidation des monocristaux101
  - 4.3. Limite élastique des cristaux102
  - 5- Rôle des dislocations 103
  - 5.1. Mécanisme de cisaillement103
  - 5.2. Propriétés élastiques des dislocations104
  - 5.3. Durcissement structural108
  - 6- Exercices 109
  - Chapitre VI - Propriétés physiques 111
  - 1- Matériaux conducteurs 111
  - 1.1. Rappels111
  - 1.2. Loi de Wiedemann-Franz112
  - 1.3. Modèle de Sommerfeld113
  - 1.4. Statistique de Fermi-Dirac117
  - 1.5. Modèle des bandes d'énergie119
  - 1.6. Conducteurs, isolants et semiconducteurs121
  - 2- Matériaux semiconducteurs 123
  - 2.1. Zones de Brillouin123
  - 2.2. Masse effective, conduction par électrons et trous125
  - 2.3. Bandes d'énergie dans un cristal tridimensionnel127
  - 2.4. Densité d'états dans les bandes permises128
  - 3- Matériaux diélectriques 129
  - 3.1. Propriétés des diélectriques129
  - 3.2. Interprétation physique de la polarisation électrique130
  - 3.3. Piézoélectricité132
  - 3.4. Ferroélectricité133
  - 4- Matériaux magnétiques 134
  - 4.1. Induction magnétique134
  - 4.2. Diamagnétisme et paramagnétisme135
  - 4.3. Ferromagnétisme136
  - 5- Exercices 143
  - Chapitre VII - Atomes étrangers dans les solides cristallins 145
  - 1- Solutions solides 145
  - 1.1. Types de solutions solides145
  - 1.2. Solutions d'insertion146
  - 1.3. Solutions de substitution149
  - 1.4. Solutions solides ordonnées149
  - 1.5. Phases intermédiaires150
  - 2- Diffusion dans les solides 151
  - 2.1. Diffusion et autodiffusion151
  - 2.2. Equations de Fick152
  - 2.3. Solutions des équations de Fick154
  - 3- Exercices 155
  - Chapitre VIII - Etude expérimentale des microstructures 157
  - 1- Matérialographie optique 157
  - 2- Microscopies électroniques 159
  - 2.1. Microscopes électroniques à transmission159
  - 2.2. Microscopes électroniques à balayage160
  - 3- Rayons X 162
  - 3.1. Nature des rayons X162
  - 3.2. Production des rayons X162
  - 3.3. Etude spectrale du rayonnement X163
  - 3.4. Interaction des rayons X avec la matière165
  - 4- Radiographie industrielle 168
  - 5- Diffraction des rayons X par les cristaux 169
  - 5.1. Diffusion des rayons X par les électrons169
  - 5.2. Loi de Bragg170
  - 5.3. Facteur de structure d'un cristal171
  - 5.4. Méthodes de la radiocristallographie173
  - 6- Vers d'autres techniques 177
  - 6.1. Analyse des matériaux vitreux177
  - 6.2. Utilisation des neutrons177
  - 6.3. Utilisation de la lumière infrarouge178
  - 7- Exercices 179
  - Partie B : transitions de phases dans les matériaux
  - Chapitre IX - Thermodynamique et transitions 181
  - 1- Eléments de thermodynamique 181
  - 1.1. Rappels des fondements de la thermodynamique181
  - 1.2. Propriétés de l'enthalpie libre182
  - 1.3. Energie superficielle183
  - 2- Définitions des transitions 184
  - 2.1. Présentation des transitions184
  - 2.2. Classification des transitions185
  - 3- Equilibres de phases 186
  - 3.1. Règle des phases186
  - 3.2. Etude expérimentale de la solidification d'un matériau cristallin187
  - 4- Germination 188
  - 4.1. Germination homogène188
  - 4.2. Germination hétérogène189
  - 5- Exercices 190
  - Chapitre X - Solidification et transformations à l'état solide 191
  - 1- Diagrammes de solidification d'un alliage 191
  - 1.1. Principe191
  - 1.2. Règles de lecture des diagrammes de solidification192
  - 2- Principaux diagrammes de solidification 193
  - 2.1. Solution solide illimitée193
  - 2.2. Transformation eutectique194
  - 2.3. Transformation péritectique195
  - 2.4. Formation d'une combinaison chimique du type A_xB_y197
  - 2.5. Remarques198
  - 3- Mécanismes de solidification 198
  - 3.1. Hétérogénéités des solutions solides198
  - 3.2. Coefficient de ségrégation199
  - 3.3. Microstructures de solidification des alliages200
  - 3.4. Application de la ségrégation à la purification des matériaux204
  - 4- Systèmes ternaires 205
  - 4.1. Représentation des diagrammes ternaires205
  - 4.2. Formes des diagrammes ternaires206
  - 5- Transformations à l'état solide 208
  - 5.1. Transformations allotropiques208
  - 5.2. Réactions de précipitation210
  - 5.3. Transformations eutectoïdes212
  - 5.4. Solubilité partielle à basse température212
  - 5.5. Ecrouissage et recristallisation213
  - 5.6. Transformations martensitiques216
  - 6- Obtention de solides par frittage 217
  - 7- Exercices 218
  - Chapitre XI - Transition vitreuse 221
  - 1- Introduction 221
  - 2- Transition vitreuse 223
  - 2.1. Volume spécifique et température223
  - 2.2. Volume libre224
  - 3- Autres transitions 225
  - 4- Exercices 226
  - Partie C : Essais mécaniques et lois de comportement des matériaux
  - Chapitre XII - Essais mécaniques 227
  - 1- Essais de dureté 228
  - 2- Essais de traction 229
  - 2.1. Machines et appareils de mesure des déformations229
  - 2.2. Rigidité des machines de traction230
  - 2.3. Eprouvettes de traction232
  - 2.4. Formes générales des courbes de traction232
  - 2.5. Courbes rationnelles de traction234
  - 3- Autres essais mécaniques 235
  - 3.1. Essais de compression235
  - 3.2. Essais de flexion235
  - 4- Exercices 236
  - Chapitre XIII - Rhéologie 237
  - 1- Comportements élastique et viscoélastique 238
  - 1.1. Solides élastiques238
  - 1.2. Matériaux visqueux240
  - 1.3. Solides viscoélastiques241
  - 1.4. Equivalence temps-température dans les polymères244
  - 2- Comportements plastique et viscoplastique 245
  - 2.1. Solides plastiques245
  - 2.2. Solides viscoplastiques246
  - 2.3. Lois du fluage247
  - 3- Comportement élastoplastique 252
  - 3.1. Ecrouissage monotone252
  - 3.2. Ecrouissage cyclique et accommodation253
  - 3.3. Critères de plasticité255
  - 3.4. Limite élastique des polycristaux255
  - 3.5. Plasticité discontinue256
  - 3.6. Effet Bauschinger257
  - 4- Exercices 257
  - Chapitre XIV - Endommagement et ruine des matériaux 259
  - 1- Endommagement des matériaux 259
  - 2- Rupture ductile et rupture fragile 262
  - 2.1. Caractères des ruptures ductile et fragile262
  - 2.2. Transition ductile-fragile264
  - 3- Mécanique de la rupture et ténacité 267
  - 3.1. Introduction267
  - 3.2. Théorie de la rupture de Griffith268
  - 3.3. Contraintes au voisinage d'une fissure chargée270
  - 3.4. Condition de propagation des fissures272
  - 3.5. Mécanismes de propagation des fissures273
  - 3.6. Méthodes de mesure de K_lc274
  - 3.7. Maîtrise de la rupture fragile275
  - 3.8. Cas des céramiques, statistique de Weibull276
  - 4- Rupture par fluage 278
  - 5- Endommagement et rupture par fatigue 279
  - 5.1. Caractères des ruptures de fatigue279
  - 5.2. Lois générales de la fatigue281
  - 5.3. Dispersion statistique des ruptures de fatigue282
  - 5.4. Paramètres de la tenue en fatigue283
  - 5.5. Fatigue oligocyclique284
  - 5.6. Interprétation physique de la fatigue285
  - 5.7. Essais de fatigue289
  - 6- Exercices 292
  - Solutions des exercices293
  - Pour en savoir plus...308
  - Index309
Origine de la notice:
- Electre