Les propriétés de tout matériau dépendent de la disposition de ses atomes.
Structure en cristal
La plupart des matériaux que nous utilisons ont un motif répétitif que nous appelons structure cristalline. Ainsi, un matériau cristallin aura ses atomes organisés et répétés dans les trois dimensions.
Les liquides et les gaz ne sont pas des cristaux. Ils n'ont pas de motif répétitif d'atomes.
Des exemples de cristaux incluent les diamants, mais aussi le sucre et le sel.
Au total, il existe sept systèmes cristallins :
- Cubique
- tétragonale
- orthorhombique
- Rhomboédrique
- Hexagonal
- monoclinique
- Triclinique
Remarque: le rhomboédrique et l'hexagonal sont tous deux hexagonaux mais sont deux systèmes cristallins différents. C'est pourquoi certains disent que nous avons 6 familles de cristaux.
Cellule unitaire
La maille élémentaire est la structure minimale qui conserve encore les propriétés du matériau. C'est le bloc de construction qui fait le matériau.
Bravais a décrit où va chaque atome dans la structure.
Tout système cristallin peut être décrit en utilisant l'une des 14 structures de bravais.
La plupart des métaux existent dans la nature sous la forme :
- Cube à faces centrées (FCC)
- Corps cubique centré (BCC)
- Hexagonal compact (HCP)
Cube centré
Corps cubique centré
Hexagonal compact (HCP)
Tableau périodique des mailles unitaires
Les éléments surlignés en vert sont les éléments HCP.
Astuce : cliquez dessus pour agrandir.
Facteur d'emballage atomique
Le facteur de compactage atomique est le rapport du volume atomique dans un volume de cellule unitaire.
C'est une façon de dire combien d'atomes se trouvent réellement dans une cellule unitaire.
Le conditionnement atomique des cellules unitaires les plus courantes est :
- FCC = HCP = 74 % (26 % d'espace vide dans la cellule unitaire)
- Cci = 68%
Polymorphisme et alotropie
Les atomes ont des formes alotropes, de même que les cellules unitaires.
Et cela rend l'alotropie très importante pour tout ingénieur.
Comme certains matériaux changent de forme, nous pouvons l'utiliser à notre avantage.
L'exemple classique est l'acier où il passe de BCC à FCC et de nouveau à BCC. Tout dépend de la température et de la vitesse de transfert de chaleur.
Remarque : Le diagramme fer/carbone ne prend pas en compte la vitesse de transfert de chaleur.
Les métaux importants qui ont des structures alternatives en fonction de la température sont :
- Ca
- Co
- Hf
- Fe
- Li
- Na
- Ti
- Y
- Zr
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