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Home > Teams > FINANO > Thématiques > OR1 : Elasto-plasticité de films minces et ondes acoustiques de surface > Illustrations

Elastoplasticité de couches minces vue par le rayonnement synchrotron

by admlspm - published on

Contact : Damien Faurie

Machine de traction disposée au sein de la ligne de lumière D2AM (ESRF)

Nous développons depuis quelques années des essais mécaniques sous rayonnement synchrotron pour l’étude des propriétés élasto-plastique de films minces déposés sur substrats souples. Ces travaux sont effectués en collaboration avec l’institut Pprime de Poitiers. Voici un exemple d’expériences : une machine de traction est disposée à l’intérieur de la ligne D2AM (ESRF, Grenoble). Un faisceau à rayons X monochromatique (énergie de 20 keV) est dirigé vers l’échantillon pendant la déformation, pendant que le signal diffracté est recueilli par une détecteur 2D (camera CCD). Le dispositif est montré sur la figure ci-contre. L’échantillon étudié est une couche d’Or (Au) d’épaisseur 400nm déposée sur un substrat polymère (Kapton).
La détection 2D présente l’avantage de pouvoir acquérir l’intensité diffractée suivant plusieurs orientations sans mouvements moteur, ce qui permet de mesurer les déformations durant un essai mécanique continu et d’augmenter considérablement le nombre de points expérimentaux pour un temps donné. On voit sur la figure plus bas à gauche l’exemple d’une image de diffraction 2D. Chaque anneau (entier ou partiel) représente une réflexion de Bragg, ce pour différentes orientations du vecteur de diffusion élastique q (décrites ici par l’angle gamma).
Ici, une image de ce type est acquise toutes 10 secondes durant deux cycles de chargement, comme le montre la figure de droite (courbe noire, applied load vs time). Sur cette même figure, en rouge est repésentée la déformation macroscopique mesurée par corrélation d’image. L’entrée en plasticité n’est pas perceptible sur cette courbe.
En dessous, sont représentée les déformations “Rayons X” mesurées pour plusieurs orientations du vecteur q. Du fait de la contraction de l’échantillon selon les directions transverses à la direction de traction (effet “Poisson”), on peut sonder également des déformations négatives. Par ailleurs, on voit lors du deuxième chargement une perte de la linéarité pour certaines orientations, ce qui est caractéristique de l’entrée en plasticité de la couche d’Or.