Soutenance de thèse : Qinqin XU

Dislocations and nanomechanics in Alumina using atomistic simulations

Doctorant : Qinqin XU

Laboratoire INSA : Mateis

Ecole doctorale :  ED34 : Matériaux de Lyon

Les nano-objets sont particulièrement intéressants pour leurs propriétés mécaniques. Alors que les nanocristaux métalliques sont caractérisés par une limite d'élasticité accrue, une contrainte à la rupture augmentée tout comme par un accroissement global de leur ductilité en compression, très peu de choses sont connues pour les autres classes de matériaux comme les nanocristaux céramiques. Il a récemment été montré que des nanoparticules d'oxides de magnésium et d'aluminium pouvaient être déformées plastiquement à forte contrainte sans signe de rupture ce qui pourrait avoir des implications importantes dans le domaine de l'élaboration des matériaux céramiques (frittage, compaction). Néanmoins, les mécanismes de déformation ont très peu été caractérisé dans ces nanoparticules, notamment dans le cas des nanocristaux d'Al2O3. Dans cette étude, nous proposons d'étudier les propriétés mécaniques et les mécanismes de déformation de nanoparticules d'alumine alpha par dynamique moléculaire. Tout d'abord, plusieurs propriétés du matériau massif sont calculées, étudiées et comparées à la littérature existante. Entre autres, paramètres de maille, constantes élastiques, énergies de faute d'empilement et de surface ainsi que la dislocation coin dans le système de glissement basal sont simulées afin d'étudier la transférabilité de plusieurs formalismes de potentiels interatomiques. Parmi les potentiels testés, le potentiel à 3 corps de Vashishta a montré les meilleures aptitudes pour des applications dans le domaine. Ensuite, nous avons simulé en dynamique moléculaire des tests de compression sur des nanoparticules d'alumine en fonction de l'orientation de la sollication et de la température. Une analyse détaillée du comportement mécanique et des mécanismes de déformation a été réalisée pour plusieurs tailles de nanoparticules. Les résultats sont discutés au regard d'expériences récentes réalisés au MEB et au MET et pourraient ouvrir de nouvelles voies quant à l'élaboration de céramiques nanopolycristallines massives.