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Un nouveau comportement mécanique obtenu dans le cuivre nanocristallin

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L'équipe du CECM et du LIMHP a réalisé des essais de traction sur des échantillons massifs de cuivre nanocristallin, un matériau qui a une taille de grain beaucoup plus petite que les matériaux classiques : une centaine de nanomètres contre plusieurs microns .

Ces essais consistent à suivre l'évolution de la déformation en fonction de la force appliquée. Ce sont les premiers essais de traction d'un matériau à taille de grains aussi fine (80 nanomètres en moyenne) réalisés sur des éprouvettes de traction de dimensions représentatives (35 mm de longueur, diamètre de 3,5 mm). Pour obtenir un tel matériau, deux techniques spéciales ont été employées: la production massive de poudre ultra fine métallique par évaporation-condensation cryogénique (maîtrisée au CECM) et l'extrusion différentielle à froid (maîtrisée au LIMHP).

Les propriétés mécaniques obtenues sont exceptionnelles : le cuivre nanocristallin est trois fois plus résistant que le cuivre classique, il se déforme de manière homogène sans rétrécissement local apparent, par un écoulement constant de la déformation jusqu'à la rupture de l'éprouvette. Les chercheurs ont ainsi observé pour la première fois un comportement élasto-plastique quasi-parfait. En effet, dans un matériau classique, la déformation s'effectue de manière hétérogène, augmentant avec la force appliquée, provoquant la fissuration précoce et la rupture.

Ce comportement pourrait s'expliquer par une diffusion atomique élevée et la petite taille des grains qui permettraient d'activer les mécanismes du type superplastique dès la température ambiante : les grains glisseraient les uns par rapport aux autres dans un écoulement fluide. Dans les matériaux classiques, la superplasticité apparaît à des températures plus élevées.

Le comportement observé ouvre des perspectives très intéressantes pour la mise en forme plastique des matériaux à température ambiante.

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