Insert DSI
Contexte
C'est durant la phase de solidification des alliages que se développent au niveau de l'interface solide-liquide des microstructures dont les caractéristiques influencent fortement les propriétés du matériau. L'étude des mécanismes physiques qui régissent la formation de ces microstructures est donc fondamentale dans l'optique d'une maîtrise de la qualité du produit. Sur terre, la convection dans la phase liquide peut fortement affecter la microstructure de solidification en créant des hétérogénéités dans les paramètres de contrôle (concentration, vitesse de croissance et gradient thermique) le long de l'interface ; ce phénomène n'est évitable qu'au prix d'une réduction drastique de la dimension des échantillons étudiés (échantillons 2D ou en tube capillaires). Cependant, cette réduction de taille modifie les mécanismes impliqués dans la formation des structures et les résultats ne sont donc pas directement transposables à une solidification standard, c'est-à-dire en 3D. Dans le but de pouvoir contrôler cette convection tout en conservant des échantillons 3D, nous avons développé avec le CNES dans le cadre du projet Declic un dispositif d'étude de la solidification dirigée d'alliages transparents (matériaux organiques modèles des alliages métalliques), destiné à être installé dans la Station Spatiale Internationale.
Objectif Scientifique
| Principe de la solidification dirigée : Tirage d'un alliage (concentration en soluté C) à vitesse constante V dans un gradient thermique G |  | |
| Objectif Identifier et comprendre les phénomènes physiques qui gouvernent la dynamique de sélection de la microstructure en solidification dirigée 3D | ||
| Dans quels cadres ?
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Pourquoi la microgravité ?
| Solidification d'échantillons massifs sur terre : CONVECTION | |||||
| Couplage de la convection avec l'instabilité morphologique |  | Hétérogénéité de la microstructure | |||
|  SCN - 0.3 %pds H2O, V = 10 µm/s, G = 30 °C/cm - Diamètre : 10 mm | ||||
| Elimination possible de la convection sur terre ? OUI... MAIS | |||||
 | Par des expériences en lames minces... | |
| MAIS : Influence de l'épaisseur : asymétrie du champ de diffusion et des branchements secondaires | ||
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 | Par des expériences en tubes capillaires Approximation d'une cellule ou dendrite dans un réseau hexagonal parfait MAIS :Interaction avec les voisins et dynamique de réseau inaccessible (ne correspond pas à des réseaux étendus) |  |
Programme scientifique
| Réseaux étendus et homogènes : Echantillons massifs + microgravité Etude dynamique des phénomènes : Alliages transparents pour permettre l'étude in situ en temps réel | ||
| Etudes : | Caractérisation des cellules et dendrites (tailles, rayon de courbure, vitesse...) | |
| Dynamique de réseau (formation, sélection de la taille, ordre/désordre, hystérésis) | ||
| Forme d'interface | ||
| Analyses : | Données de références : validation des modèles théoriques et/ou numériques | |
| Caractérisation de la dynamique de formation de la microstructure en régime de transport dominé par la diffusion | ||
| Effet de la convection (comparaison aux expériences 1g) | ||
Effet de la courbure d'interface sur le réseau cellulaire
| Glissement du réseau cellulaire le long de l'interface | ||
 SCN 0.1% pds camphre G = 20 °C/cm |  |  |
 | Inversion de la courbure : => Modifications du sens de la convection et de la localisation de la microstructure => Inversion du glissement des cellules | |
Formation et dynamique du réseau dendritique
| 1ers stades de développement du réseau |
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| Réseau stationnaire correspondant |
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| Choix de la direction de croissance <100> la plus proche du gradiant thermique (SCN - 0.3% pds eau ; V = 20 µm/s ; G = 13 K/cm ; diamètre : 10 mm) |
Caractérisation des pointes des dendrites
| Analyse fine des franges d'interférométrie au sommet des dendrites |
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