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Portail des sciences des matériaux

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La science des matériaux regroupe l'étude et la mise en œuvre des matériaux qui constituent les objets qui nous entourent : métaux, polymères, céramiques, etc. Elle repose sur la relation entre les propriétés, les performances d'un matériau et sa morphologie structurale. La connaissance et la maîtrise des phénomènes microscopiques (diffusion, arrangement des atomes, recristallisation, apparition de phases, etc.) confèrent aux scientifiques et aux industriels la possibilité d'élaborer des matériaux aux propriétés et aux performances voulues. La science des matériaux est au cœur de beaucoup des grandes révolutions techniques.

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Schéma de la microsonde de Castaing

La microsonde de Castaing (en anglais electron probe microanalyser, EPMA) est une méthode d'analyse élémentaire inventée en 1951 par Raimond Castaing. Elle consiste à bombarder un échantillon avec des électrons et à analyser le spectre des rayons X émis par l'échantillon sous cette sollicitation.

Lors du bombardement d'un échantillon, certains électrons cèdent une partie de leur énergie cinétique à l'atome, provoquant l'éjection d'un électron de l'atome ; l'atome est dit « excité ». Si l'électron éjecté est proche du cœur, un électron d'une couche périphérique va descendre vers une couche d'énergie plus faible (l'atome se désexcite), et ce faisant, il va émettre un photon. Du fait de l'énergie de transition, ce photon va appartenir au domaine des rayons X.

L'énergie h.ν du photon X, généré par la désexcitation de l'atome suite au départ d'un électron secondaire, est caractéristique des transitions électroniques de l'atome et donc de sa nature chimique. On parle de « raie d'émission caractéristique ». Pour distinguer les diverses raies émises par un atome, on utilise la notation de Siegbahn ; dans cette notation, la raie Kα1 désigne une transition du niveau L3 vers le niveau K.

Les éléments légers (faible numéro atomique Z) émettent des photons X de faible énergie, qui sont facilement absorbés par les autres atomes et notamment par la fenêtre en béryllium qui protège le détecteur. De plus, les éléments légers ont tendance à se désexciter en émettant un électron Auger plutôt qu'un photon X. Ces deux faits font que les intensités des raies émises par les éléments légers sont de faible intensité, leur détection et leur quantification sont de fait très difficiles.

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Maille élémentaire de type diamant
Maille élémentaire de type diamant du silicium.
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Métaux et alliages

Ferreux : Fer • Acier • Acier inoxydable • Fonte
Cuivreux : Cuivre • Bronze • Laiton • Cuproaluminium • Cupronickel • Maillechort • Billon • Zamak
Précieux : Or • Argent • Platine • Rhodium • Ruthénium • Palladium • Rhénium • Osmium • Iridium
Autres : Aluminium • Cadmium • Cobalt • Chrome • Gallium • Magnésium • Titane • Plomb • Rhénium • Étain • Manganèse • Molybdène • Mercure • Nickel • Tantale • Niobium • Zinc • Zirconium  Vanadium

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Polymères

Thermoplastique : Polyoléfine (PO) • Polyéthylène (PE) • Polypropylène (PP) • Polycarbonate (PC) • Polychlorure de vinyle (PVC) • Polystyrène (PS) • Polyamide (PA) • Polytétrafluoroéthylène (PTFE) • Polytéréphtalate d'éthylène (PET) • Polyoxyméthylène (POM) • Polyvinyle de butyral (PVB)
Thermodurcissable : Polyester • Mélamine • Époxyde • Phénoplastes (Bakélite) • Polyuréthane (PUR) • Polyépoxyde (Araldite) • Éthylène-acétate de vinyle (EVA)
Élastomère : Caoutchouc naturel • Styrène-butadiène • Polyuréthane • Éthylène-propylène • Polyisobutylène (PIB) • Néoprène (CR) • Styrène-butadiène

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Céramiques

Classique : Verre • Porcelaine • Faïence
Technique : Alumine • Carbure de bore • Carbure de silicium • Dioxyde d'uranium • Dioxyde de zirconium • Ferrite • Nitrure d'aluminium • Nitrure de bore • Nitrure de silicium • Oxyde de magnésium • Oxyde magnétique de fer • Oxyde de zinc • Saphir • Vitrocéramique


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Composites

Renforts : Fibre de verre • Fibre de carbone • Fibre d'Aramide • Fibre végétale
Matrices : Matrice métallique • Céramique • Polyester • Vinylester • Phénoplaste • Époxy • Polyimide

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Procédés

Obtention et Transformation : Calandrage • Enduction • Extrusion • Forgeage • Frittage • Injection • Laminage • Pultrusion • Rotomoulage • Soufflage • Thermoformage
Assemblage : Soudage • Brasage • Clinchage • Frettage
Traitement de surface : Galvanoplastie • Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) • Dépôt physique par phase vapeur (PVD) • Electron beam physical vapor deposition (EBPVD) • Pulvérisation cathodique • Épitaxie par jet moléculaire (MBE) • Cémentation • Nitruration • Sablage • Grenaillage • Polissage • Brunissage

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Caractérisation

Essai mécanique : Traction • Compression • Résilience • Flexion • Fatigue • Fluage • Analyse mécanique dynamique (AMD) • Cisaillement
Essai de dureté : Vickers • Brinell • Rockwell • Knoop • Shore • Échelle de Mohs
Essai non destructif : Examen visuel (VT) • Contrôle par ressuage (PT) • Ultrasons (UT) • Émission acoustique (AT) • Thermographie (IRT) • Courants de Foucault (ET) • Magnétoscopie (MT) • Radiographie
Microscopie : Optique • Optique en champ proche • Électronique à balayage (MEB) • Électronique en transmission (MET) • À effet tunnel • À force atomique (AFM)
Analyse physico-chimique : Métallographie • Radiocristallographie (DRX) • Fluorescence X (XRF) • Spectrométrie d'étincelage • Spectrophotométrie • Colorimétrie • Thermogravimétrique (ATG) • Thermodifférentielle (ATD) • Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)

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Propriétés

Physique : Masse volumique • Masse atomique • Composition • Indice de réfraction • Longueur de radiation
Electrique : Conductivité électrique • Constante diélectrique • Résistivité •
Thermique : Température de fusion • Dilatation thermique • Conductivité thermique • Chaleur spécifique • Chaleur latente
Mécanique : Allongement à la rupture • Coefficient de Poisson • Dureté • Module de Young • Limite d'élasticité • Résilience • Compressibilité • Viscosité • Fluage
Magnétique : Perméabilité magnétique • Susceptibilité magnétique • Température de Curie

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