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Les verres métalliques massifs : matériaux à faible ou à fort coefficient d’amortissement ?*
Published online by Cambridge University Press: 23 December 2011
Abstract
Les verres métalliques présentent des caractéristiques très intéressantes, en particulier leurs propriétés élastiques, combinées avec une relative facilité de mise en œuvre à température pas trop élevée. C’est ce qui conduit à leur utilisation comme matériau pour des composants en micro-mécanique, des matériels sportifs, des boitiers pour la téléphonie ou l’informatique. Mais pour de nombreuses applications une autre caractéristique mécanique peut être essentielle : leur coefficient d’amortissement. Si par exemple pour certaines pièces mécaniques un rendu optimal de l’énergie est requis (cas par exemple d’une raquette de tennis de haute performance), une forte capacité d’amortissement peut en revanche être indispensable pour d’autres composants mécaniques. Le coefficient d’amortissement dépend pour un matériau donné, notamment de la fréquence de sollicitation et de la température. Pour les verres métalliques, il apparaît schématiquement deux domaines : – À basse température, c’est-à-dire par exemple à la température ambiante pour les verres métalliques massifs base zirconium, palladium ou cuivre, le coefficient d’amortissement est très faible, de l’ordre de quelques 10-6, une valeur proche de celle observée dans la silice de très haute pureté. Combinée au caractère conducteur du matériau, ceci permet d’envisager l’application de ces matériaux pour la réalisation d’éléments de résonateurs. Un exemple, celui d’un résonateur hémisphérique pour application gyroscopique est présenté en détail. Il est montré dans ce cas que des traitements thermiques appropriés peuvent conduire à l’amélioration des caractéristiques recherchées. – À haute température, c’est-à-dire au voisinage de la température de transition vitreuse. Celle-ci se situe pour les matériaux considérés (base Zr, base Pd ou base Cu) aux alentours de 400 °C. À l’instar de tous les autres matériaux amorphes, le coefficient d’amortissement devient alors très grand et des valeurs du facteur de perte supérieures à 1 sont fréquemment observées. Ceci résulte de la mobilité atomique ou moléculaire qui devient alors très importante, entrainant une dissipation d’énergie importante lors de toute sollicitation mécanique. Dans ces conditions l’effet de la fréquence devient très net. Ces différents résultats, obtenus lors d’essais mécaniques dynamiques, sont corroborés par des essais de caractérisation de la microstructure du matériau, notamment par diffraction des rayons X in-situ. Différents modèles physiques permettant de comprendre le comportement mécanique en lien avec la nature du matériau sont présentés.
Keywords
- Type
- Research Article
- Information
- Copyright
- © EDP Sciences, 2011