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Rupture nano-ductile dun verre de Silice en
corrosion sous contrainte étude
spatio-temporelle, influence de la vitesse
D. Bonamy, S. Prades, D. Dalmas, E. Bouchaud C.
Guillot
DSM/DRECAM/SPCSI
GdR Systèmes Elastiques - 21 Octobre 2003
2
Concentration des contraintes
Griffith (1920)
s
s
3
Concentration des contraintes
Griffith (1920)
s
c

• Variation du champ de contraintes  universelle
  en tête de fissure
• le champ extérieur est encodé dans KI facteur
  dintensité des contraintes

s
s
4
Critère de rupture
Griffith (1920), Irwin (1957), Orowan (1957)
KI

Kic ()
() environnement inerte, endommagement localisé
5
Similarités des mécanismes microscopiques?
b
a
a) A. Nakano et al (LSU) DM fracture
dynamique de verre Si3N4 vitesse 103 m/s b) E.
Bouchaud (ONERA) alliage métallique Ti3Al
vitesse 10-6 m/s c) F. Célarié et al (LDV
SPCSI) corrosion sous contrainte dun verre
aluminosilicate vitesse 10-10 m/s (cf.
POSTER)
30 nm
c
6
But de lexpérience

• Étudier expérimentalement aux échelles
  pertinentes, i.e. de 1 à 1000 nm, les mécanismes
  physico-chimiques de rupture dans un matériau
  minimal , un verre de Silice pure
• Inclure les mécanismes élémentaires dans une
  description statistique. Interpréter les lois de
  comportement utilisées actuellement à partir de
  cette description

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Dispositif expérimental
Jauge de contrainte
DCDC Specimens (Silice pure)
KI f (s,a,c)
2a
Jauge de déplacement
8
Corrosion sous contrainte vitesse vs.
sollicitation
Wiederhorn et al. (1967,1970)
103 m/s
10-4 m/s
10-13 m/s
KIc
KI
K
9
Dispositif expérimental
OPTIQUE
AFM
Pâte à modeler
Table anti-vibration
Platines de translation micrométrique
10
Progression du front de fissure à léchelle
nanométrique dans la Silice pure
v 3.10-11 m/s
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Dynamique des cavités A) Représentation
spatio-temporelle
1.5 nm
-1.5 nm
12
Dynamique des cavitésB) Vitesse des différents
fronts
Front avant de la cavité V 9 8 10-12 m/s
Front arrière de la cavité V 8 5 10-12 m/s
Front de la fissure principale V 3 0.8 10-12
m/s

• Fluctuation importante, corrélée, des positions
  des différents fronts

• Distance (fissure - zone nucléation) taille
  cavité à coalescence 100nm

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Signature de cet endommagement à léchelle
continue
z
z
y
Prédiction élastique linéaire
x
x
14
Influence de la vitesse moyenne de propagation
du front sur lendommagment
Taille de la zone endommagée Rc (nm)
Vitesse (m/s)

• L extension de la zone endommagée décroît avec
  la vitesse

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Conclusion

• Mise en évidence de cavités dendommagement dans
  un verre simple, la Silice pure
• Dynamique fluctuante, corrélée de lavancée du
  front de la fissure principale et des fronts
  avant et arrière de la cavité
• Vitesse de croissance des cavités différentes de
  la vitesse continue de propagation du front de
  fissure

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et Perspectives

• Étude plus approfondie sur linfluence de la
  vitesse sur lendommagement
• comprendre la limite de fatigue
• comparer avec les simulations fracture rapide
  (coll. Van Brutzel (Cadarache), Kalia, Rountree
  et al. (USC))
• Répartition de l endommagement dans lépaisseur
  du matériau
• Influence de la concentration en Alcalin. Coll.
  Ghaleb (CEA Marcoule), Guittet (SPCSI)