Thermodynamique des matériaux De l'élaboration des matériaux à la genèse des microstructures
La thermodynamique des matériaux est la science des transformations de la matière. C'est dans le cadre de la thermodynamique des systèmes hors équilibre que ce volume du Traité des matériaux aborde les modifications chimiques et structurales de la matière, depuis l'élaboration d'un matériau jusqu'à la genèse de ses microstructures. [lire le résumé du livre]
Quel est le sujet du livre "Thermodynamique des matériaux"
La thermodynamique des matériaux est la science des transformations de la matière.
C'est dans le cadre de la thermodynamique des systèmes hors équilibre que ce volume du Traité des matériaux aborde les modifications chimiques et structurales de la matière, depuis l'élaboration d'un matériau jusqu'à la genèse de ses microstructures.
La première partie du texte présente les concepts thermodynamiques nécessaires à la compréhension des phénomènes de transformation de la matière, et insiste en particulier sur la notion d'énergie utilisable qui permet de déterminer la limite de la quantité d'énergie pouvant être stockée dans un matériau en lui imposant une transformation. Les propriétés d'équilibre et de transport de la matière, en volume et en surface, sont également exposées. Les métaux, les céramiques et les polymères, constituant les principales classes de matériaux, sont abordés conjointement afin de mettre en évidence leurs analogies et leurs spécificités.
La seconde partie applique l'ensemble des concepts thermodynamiques présentés à la résolution de problèmes d'élaboration de matériaux et de construction de microstructures.
Cet ouvrage pédagogique et synthétique, sans équivalent en langue française, s'adresse tout particulièrement aux étudiants et aux élèves-ingénieurs de niveau Master, mais aussi aux professeurs, chercheurs et praticiens en ingénierie des matériaux à la recherche d'un ouvrage de référence.
TRAITÉ DES MATÉRIAUX
Une approche unifiée, quantitative et fondamentale de la description des matériaux de l'ingénieur est devenue indispensable et c'est dans cette approche que s'inscrit le Traité des Matériaux. Celui-ci vise à rassembler en une vingtaine de volumes les connaissances de cette science multidisciplinaire qui fait appel à la chimie et à la physique du côté des sciences de base, à la mécanique, à l'électricité et au génie civil du côté des applications et des procédés de fabrication.
Ce Traité des Matériaux est principalement l'oeuvre d'enseignants de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (Suisse), de l'Université catholique de Louvain (Belgique), de l'Université de Nancy I et de l'Institut national polytechnique de Lorraine (France).
Sommaire et contenu du livre "Thermodynamique des matériaux - De l'élaboration des matériaux à la genèse des microstructures"
TABLE DES MATI?ES
PR?ACE IX
AVANT-PROPOS....................................................................... XI
INTRODUCTION G??ALE XVII
CHAPITRE 1
LE CYCLE DES MAT?IAUX
1.1
Objectifs... 1
1.2
Les mat?aux 2
1.3
Cycle d'un mat?au: l'acier 11
1.4
Sollicitations et r?nses des mat?aux 19
1.5
R?m?t conclusions 23
1.6
R?rences et bibliographie............................................... 24
CHAPITRE 2
APPROCHE THERMODYNAMIQUE DES MAT?IAUX
2.1
Objectifs 25
2.2
Description des mat?aux................................................. 26
2.3
Energie interne et premier principe................................... 30
2.4
Entropie, g?ration d'entropie et second principe 32
2.5
Evolution thermodynamique et stabilit?7
2.6
La nature mol?laire de la mati? 45
2.7
Utilisations de la thermodynamique dans les domaines
touchant aux mat?aux 57
2.8
R?m?t conclusions...................................................... 64
2.9
R?rences et bibliographie............................................... 65
CHAPITRE 3
??ENTS DE THERMODYNAMIQUE G??ALE
3.1
Objectifs 67
3.2
Objet et m?ode de la thermodynamique 68
3.3
Expressions du premier principe....................................... 73
3.4
Expressions du second principe 86
3.5
Ph?m?s dissipatifs et irr?rsibilit?......................... 92
3.6
Thermodynamique de l'?ilibre...................................... 99
3.7
R?m?t conclusions 108
3.7
R?rences et bibliographie............................................... 110
CHAPITRE 4
PH?OM?ES DE TRANSPORT ET PH?OM?ES
DISSIPATIFS EN VOLUME
4.1
Objectifs 111
4.2
Dissipation d'?rgie au long du cycle d'un mat?au...... 112
4.3
Transferts de chaleur 115
4.4
Ecoulements de mati? 119
4.5
Diffusion chimique....... 125
4.6
Couplages entre ph?m?s dissipatifs........................... 142
4.7
D?rmation des solides cristallis?.. 145
4.8
R?m?t conclusions 152
4.9
R?rences et bibliographie............................................... 154
4.10
Annexes............................................................................. 155
CHAPITRE 5
STRUCTURE ET PROPRI?? DES PHASES (1):
CORPS PURS
5.1
Objectifs 163
5.2
Obtention des corps purs................................................... 165
5.3
Propri?s d'?t des corps purs 173
5.4
Energie de Gibbs, stabilit?es phases et diagrammes
d'?ilibre de phases......................................................... 188
5.5
Rudiments sur les structures ?mentaires 196
5.6
Corr?tions entre structures et propri?s
thermodynamiques...... 204
5.7
Ph?m?s dissipatifs, protocoles exp?mentaux
et transitions vitreuses 208
5.8
Fluides ?tructure mol?laire simple: ?ation d'?t... 213
5.9
R?m?t conclusions 224
5.10
R?rences et bibliographie..... 226
CHAPITRE 6
STRUCTURE ET PROPRI?? DES PHASES (II):
M?ANGES
6.1
Objectifs 229
6.2
D?nition et production de m?nges 230
6.3
Propri?s d'?t des m?nges.......................................... 243
6.4
Diagrammes binaires «?rgie de Gibbs -composition»
et stabilit?es phases 258
6.5
Rudiments sur les structures des m?nges.... 269
6.6
Mod?s microscopiques de solutions............ 277
6.7
R?m?t conclusions 295
6.8
R?rences et bibliographie............................................... 296
CHAPITRE 7
GRADIENTS, SURFACES ET INTERFACES
7.1
Objectifs 299
7.2
Surfaces et interfaces au long du cycle d'un mat?au...... 299
7.3
H?rog?it?et couches de transition 301
7.4
Tension superficielle pour un syst? unaire 312
7.5
R?des interfaces sur l'?lution des syst?s unaires
polyphas?........................................................................ 327
7.6
Adsorption......................................................................... 335
7.7
Mod?s physico-chimiques de surfaces et d'interfaces... 342
7.8
R?m?t conclusions 349
7.9
R?rences et bibliographie............................................... 351
7.10
Annexe 352
CHAPITRE 8
?OLUTION CHIMIQUE DES SYST?ES POLYPHAS?
8.1
Objectifs... 355
8.2
Syst?s chimiques polyphas?au long du cycle
d'un mat?au 356
8.3
Etude ?'?elle locale de l'?lution chimique
des syst?s polyphas?359
8.4
Etude ?'?elle globale de l'?lution des syst?s
polyphas?. 360
8.5
Outils d'?de g?raux et cas classiques d'?ilibres
polyphas?375
8.6
Evolution des phases dans les mat?aux 385
8.7
Diagrammes d'?ilibre de phases condens?........ 397
8.8
R?m?t conclusions 418
8.9
R?rences et bibliographie............................................... 420
CHAPITRE 9
M?AUX ET ALLIAGES: ?ABORATION
DU M?AL LIQUIDE
9.1
Objectifs 423
9.2
Fili?s d'?boration des m?ux et alliages 425
9.3
R?ction des minerais et raffinage des m?ux
et alliages........................................................................... 431
9.4
Elaboration de l'acier liquide............................................ 441
9.5
Elaboration de l'aluminium liquide 448
9.6
Diagrammes de phases ternaires en m?llurgie
d'?boration 453
9.7
Thermodynamique des solutions dilu? en m?llurgie
secondaire.......................................................................... 471
9.8
R?m?t conclusions 479
9.9
R?rences et bibliographie............................................... 480
9.10
Annexes............................................................................. 481
CHAPITRE 10
M?AUX ET ALLIAGES: COUL? ET SOLIDIFICATION
10.1
Objectifs 497
10.2
Principales caract?stiques et qualit?es produits coul?499
10.3
Etat solide et ?t liquide des m?ux et alliages.............. 505
10.4
Hydrodynamique, thermique et m?nique
des proc?s de coul?.................................................... 507
10.5
Microstructure et micros??tion 520
Thennodynamique des mat?aux
10.6
Macrostructure et macros??tion................................ 539
10.7
Pi?s moul? «monograin», aboutissement
de l'?lution des proc?s de fonderie de pr?sion 566
10.8
R?m?t conclusions..................................................... 570
10.9
R?rences et bibliographie.............................................. 572
10.10
Annexes............................................................................ 572
CHAPITRE II ?ABORATION DES VERRES ET C?AMIQUES
Il.1
Objectifs........................................................................... 581
11.2
D?nitions et applications des verres et c?miques 582
Il.3
Propri?s physico-chimiques des c?miques relatives
?'?boration 591
Il.4
Elaboration des verres et des c?miques ?ctrofondues 598
11.5
Elaboration des c?miques par la voie des solides
divis?610
11.6
Principes de frittage 620
11.7
R?m?t conclusions..................................................... 637
11.8
R?rences et bibliographie........ 638
Il.9
Annexe 639
CHAPITRE 12
TRANSFORMATIONS DE PHASES, MACROSTRUCTURES
ET MICROSTRUCTURES
12.1
Objectifs........................................................................... 643
12.2
Macrostructures et microstructures associ?
aux transformations de phases.. 644
12.3
Transitions de phases et transformations de phases 659
12.4
Moyens d'?de et de contr?de la cin?que
des transformations de phases.......................................... 666
12.5
Cin?que globale de transformation 677
12.6
Coul? solidification et cin?que de cristallisation 682
12.7
Gen? des microstructures: m?odes exp?mentales
et approches th?iques.................................................... 687
12.8
R?m?t conclusions..................................................... 695
12.9
R?rences et bibliographie.................... 696
CHAPITRE 13
ASPECTS CIN?IQUES DE LA CROISSANCE CRISTALLINE
13.1
Objectifs........................................................................... 699
13.2
Croissance cristalline et transferts de masse entre phases 701
13.3
Forces motrices et ph?m?s dissipatifs 705
13.4
Structure atomique d'une interface cristal/fluide............ 722
13.5
Cin?ques atomiques de cristallisation d'une substance
pure 728
13.6
R?tions interfaciales coupl? et pi?age du solut?.. 736
13.7
Croissance libre: exemples et solutions classiques ......... 743
13.8
Croissance forc?-Surfusion de croissance-
Surfusion chimique 762
XVllI Thennodynamique des mat?aux
16.3
Morphologies de croissance libre dans un liquide........... 958
16.4
Croissance libre monophas?dendritique 975
16.5
Croissance forc?monophas?991
16.6
S?ction de microstructures, crit?s ad hoc et crit?s
thermodynamiques........................................................... 1018
16.7
Emergence et s?ction de structures dissipatives
et de microstructures 1036
16.8
Conclusion g?rales: utilit?t limites
de la thermodynamique.................................................... 1044
16.9
R?rences et bibliographie.............................................. 1047
NOTATIONS.............................................................................. 1049
13.9 R?m?t conclusions..................................................... 770
13.10 R?rences et bibliographie..... 772
13.11 Annexes............................................................................ 772
CHAPITRE 14 GERMINATION ET D?OMPOSITION SPINODALE
14.1 Objectifs 783
14.2 Exemples d'apparition de nouvelles phases dans le cycle
d'un mat?au 784
14.3 Etats m?stables et ?ts instables: observations
exp?mentales 788
14.4 Condensation d'une vapeur pure -Fluctuations
de phases discontinues 797
14.5 Germination de cristaux ?artir d'un m?nge liquide 810
14.6 Germination dans le solide............................................... 825
14.7 D?mposition spinodale -Fluctuations de phases
continues 843
14.8 Contr?de la macrostructure de grains par inoculation
en fonderie... 857
14.9 R?m?t conclusions..................................................... 869
14.9 R?rences et bibliographie.............................................. 871
CHAPITRE 15 MICROSTRUCTURES POLYPHAS?S ET CROISSANCE
POLYPHAS? COUPL?
15.1 Objectifs 873
15.2 Exemples de relations: microstructures polyphas?-
propri?s.......................................................................... 874
15.3 Sp?ficit?des microstructures r?li?s
et des transformations correspondantes 881
15.4 Analyse thermodynamique de la transformation
eutectique en r?me permanent 890
15.5 Estimation des diff?ntes contributions ?a g?ration
d'entropie lors d'une transformation eutectique
en r?me permanent.............. 899
15.6 Conditions r?les de transformation 905
15.7 Conditions d'obtention de structures polyphas?
r?li?s et parfaites....................................................... 917
15.8 Microstructures diphas? des fontes ?ase aluminium
et ?ase fer 924
15.9 R?m?t conclusions..................................................... 938
15.10 R?rences et bibliographie.... 940
15.11 Annexe........... 942
CHAPITRE 16 MICROSTRUCTURES: ?ERGENCE ET S?ECTION
16.1 Objectifs...... ....... ....... ..... ..... ....... ..... ....... ..... ......... ..... ....... 951
16.2 S?ction des microstructures dans le cycle
des mat?aux 953
INDEX ANALyTIQUE............................................................. 1055
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