Magister en physique
Option: Physique de la Matière Condensée et des Semiconducteurs. Université Abou Bekr Belkaïd de Tlemcen.
Intitulée: Développement d'un potentiel interatomique pour les systèmes Fe-Al et Fe-Al-B.
Soutenue en mai 2008
Intitulée: Développement d'un potentiel interatomique pour les systèmes Fe-Al et Fe-Al-B.
Soutenue en mai 2008
Résumé des principaux résultats
Le présent travail est une étude sur le composé intermétallique fer-aluminium dans la structure B2 et sur l’effet d’addition d’éléments comme le bore et le carbone sur ses propriétés structurales et élastiques. Cette étude s’appuie sur une simulation atomistique, en utilisant la méthode de la dynamique moléculaire classique. Le principal travail réalisé est l’ajustement d’un potentiel d’interaction de type EAM pour les systèmes Fe-Al-C et Fe-Al-B.
Dans un premier temps, nous avons d’abord présenté un potentiel du type Sutton-Chen avec des détails sur la procédure d'ajustement que nous avons suivi pour l’intermétallique binaire FeAl dans la structure B2. Nous avons alors étudié les propriétés structurales et élastiques de ce composé afin de vérifier la validité du modèle utilisé ; la comparaison avec les résultats expérimentaux confirme la robustesse de notre modèle. Ensuite, le calcul de ces propriétés sous l'effet de la température a été effectué comme un autre essai de la capacité du modèle à décrire une région de l'espace loin de celle concernant l'ajustement. Les résultats obtenus montrent la transférabilité de notre modèle aux hautes températures. Nous avons également étudié l’effet des défauts lacunaires (lacune en fer, en aluminium et défauts d’antisite) sur la rigidité du composé FeAl. Les résultats ont montrés que la rigidité augmente par création de lacune et aussi la stabilité de ce composé est conservée dans la phase riche en fer. Ces faits sont expérimentalement établis.
Dans une deuxième partie nous avons étudié l’effet des additions de carbone et de bore dans l’intermétallique binaire FeAl. Après plusieurs considérations, nous avons utilisé le potentiel de Lennard-Jones pour décrire les interactions C-C et B-B et le potentiel de Morse pour décrire les interactions croisées Fe-X et Al-X (X=B ou C). Ensuite, nous avons analysé l’effet de ces éléments sur la rigidité du composé FeAl (B2) pour les différents sites d’occupation. Cette étude nous a révélé que la rigidité du composé est hautement influencée par la présence de ces atomes d’impureté ; mais surtout que cette influence dépend des sites cristallographiques qu’ils occupent dans la structure.
Les résultats de notre travail sont très satisfaisants et peuvent nous témoigner de la fiabilité du potentiel que nous avons développé pour les systèmes Fe-Al-C et Fe-Al-B, ce qui nous encouragent à étendre nos travaux à l’étude des différents types de défauts structuraux et de mieux expliciter les théories inspirées par l’observation expérimentale. Plus particulièrement, il serait très constructif de simuler l’effet conjugué des additions de carbone et de bore et d’étudier la diffusion et la ségrégation aux joints de grains à haute température, ces deux phénomènes étant parmi les points les plus controversés par les métallurgistes.
Dans un premier temps, nous avons d’abord présenté un potentiel du type Sutton-Chen avec des détails sur la procédure d'ajustement que nous avons suivi pour l’intermétallique binaire FeAl dans la structure B2. Nous avons alors étudié les propriétés structurales et élastiques de ce composé afin de vérifier la validité du modèle utilisé ; la comparaison avec les résultats expérimentaux confirme la robustesse de notre modèle. Ensuite, le calcul de ces propriétés sous l'effet de la température a été effectué comme un autre essai de la capacité du modèle à décrire une région de l'espace loin de celle concernant l'ajustement. Les résultats obtenus montrent la transférabilité de notre modèle aux hautes températures. Nous avons également étudié l’effet des défauts lacunaires (lacune en fer, en aluminium et défauts d’antisite) sur la rigidité du composé FeAl. Les résultats ont montrés que la rigidité augmente par création de lacune et aussi la stabilité de ce composé est conservée dans la phase riche en fer. Ces faits sont expérimentalement établis.
Dans une deuxième partie nous avons étudié l’effet des additions de carbone et de bore dans l’intermétallique binaire FeAl. Après plusieurs considérations, nous avons utilisé le potentiel de Lennard-Jones pour décrire les interactions C-C et B-B et le potentiel de Morse pour décrire les interactions croisées Fe-X et Al-X (X=B ou C). Ensuite, nous avons analysé l’effet de ces éléments sur la rigidité du composé FeAl (B2) pour les différents sites d’occupation. Cette étude nous a révélé que la rigidité du composé est hautement influencée par la présence de ces atomes d’impureté ; mais surtout que cette influence dépend des sites cristallographiques qu’ils occupent dans la structure.
Les résultats de notre travail sont très satisfaisants et peuvent nous témoigner de la fiabilité du potentiel que nous avons développé pour les systèmes Fe-Al-C et Fe-Al-B, ce qui nous encouragent à étendre nos travaux à l’étude des différents types de défauts structuraux et de mieux expliciter les théories inspirées par l’observation expérimentale. Plus particulièrement, il serait très constructif de simuler l’effet conjugué des additions de carbone et de bore et d’étudier la diffusion et la ségrégation aux joints de grains à haute température, ces deux phénomènes étant parmi les points les plus controversés par les métallurgistes.
Date d’inscription en doctorat : Décembre 2008
Intitulé: Etude théorique des interfaces métal/céramique
Description du sujet de Thèse:
Les interfaces métal/céramique jouent un rôle critique dans diverses applications industrielles. Des exemples sont les catalyseurs hétérogènes, la microélectronique, les barrières thermiques, la protection contre la corrosion et le traitement des métaux. Toutefois, les complications expérimentales associées à l'étude d'une interface cachée, et les difficultés théoriques provenant des interactions des liaisons d'interfaces complexes ont largement réduit le développement de modèles analytiques généraux capables de prédire correctement les propriétés interfaciales fondamentales.
Une des grandeurs principales pour la prédiction des propriétés mécaniques d'une interface est le travail d'adhésion, qui est définie comme étant l'énergie nécessaire (par unité de surface) pour séparer réversiblement une interface en deux surfaces libres, négligeant les degrés de liberté de la déformation plastique et de la diffusion. Il est en outre établi que le degré de la déformation plastique qui se produit durant la fracture d'interface dépend du travail d'adhésion. Formellement, il peut être défini en termes d'énergies de surface et d'interface (relatives aux matériaux en volume) ou par la différence dans l'énergie totale entre l'interface et les surfaces isolées.
Ces quantités (les énergies de surfaces et d'interface) peuvent être obtenues par les calculs du premier principe puisque les propriétés mécaniques d'une interface dépendent sensiblement des détails atomiques et la structure électronique au niveau de la jonction.
Le but de cette étude sera de calculer la structure électronique, le travail d'adhésion, et les géométries optimisées d'une sélection d'interfaces métal/céramique, et de déterminer l'importance du composant métalloïde du céramique sur les propriétés de l'interface ce qui pourra être défini par la séquence d'empilement préférentielle du système. Ceci sera fait par les moyens de simulation des méthodes de calculs abinitio pour une meilleure compréhension de la nature de l'adhésion métal/céramique.
Intitulé: Etude théorique des interfaces métal/céramique
Description du sujet de Thèse:
Les interfaces métal/céramique jouent un rôle critique dans diverses applications industrielles. Des exemples sont les catalyseurs hétérogènes, la microélectronique, les barrières thermiques, la protection contre la corrosion et le traitement des métaux. Toutefois, les complications expérimentales associées à l'étude d'une interface cachée, et les difficultés théoriques provenant des interactions des liaisons d'interfaces complexes ont largement réduit le développement de modèles analytiques généraux capables de prédire correctement les propriétés interfaciales fondamentales.
Une des grandeurs principales pour la prédiction des propriétés mécaniques d'une interface est le travail d'adhésion, qui est définie comme étant l'énergie nécessaire (par unité de surface) pour séparer réversiblement une interface en deux surfaces libres, négligeant les degrés de liberté de la déformation plastique et de la diffusion. Il est en outre établi que le degré de la déformation plastique qui se produit durant la fracture d'interface dépend du travail d'adhésion. Formellement, il peut être défini en termes d'énergies de surface et d'interface (relatives aux matériaux en volume) ou par la différence dans l'énergie totale entre l'interface et les surfaces isolées.
Ces quantités (les énergies de surfaces et d'interface) peuvent être obtenues par les calculs du premier principe puisque les propriétés mécaniques d'une interface dépendent sensiblement des détails atomiques et la structure électronique au niveau de la jonction.
Le but de cette étude sera de calculer la structure électronique, le travail d'adhésion, et les géométries optimisées d'une sélection d'interfaces métal/céramique, et de déterminer l'importance du composant métalloïde du céramique sur les propriétés de l'interface ce qui pourra être défini par la séquence d'empilement préférentielle du système. Ceci sera fait par les moyens de simulation des méthodes de calculs abinitio pour une meilleure compréhension de la nature de l'adhésion métal/céramique.
Publications
- First-principles calculations of adhesion, bonding and magnetism of the Fe/HfC interface. H. Si Abdelkader, H.I. Faraoun. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 324, Issue 24, December 2012, Pages 4155–4160
- Effects of rhenium alloying on adhesion of Mo/HfC and Mo/ZrC interfaces: A first-principles study. H. Si Abdelkader, H.I. Faraoun and C. Esling. J. Appl. Phys. 110, 044901 (2011).
- Ab initio investigation of Al/Mo2B interfacial adhesion. H. Si Abdelkader, H.I. Faraoun. Computational Materials Science, Volume 50, Issue 3, Janvier 2011, pages 880-885.
Communications internationales
- First principles calculations of Mo/ZrC interface and Re alloying effects on adhesion. H. Si Abdelkader and H. I. Faraoun. North African Conference on Computational Physics and Chemistry. NACCPC'10. Sidi Bel-Abbes, Algeria, December 12-14, 2010.
- Atomistic simulations of structural and elastic properties of vacancies and atomic defects (boron and carbon) in B2-FeAl intermetallic. H. Si Abdelkader, H.I. Faraoun and H. Aourag. International Conference on Knowledge Discovery and Databases, ICKDD. 11-13 Octobre 2008. Oran-Algeria.
- Interatomic potentials for simulating carbon and boron effect in B2-FeAl intermetallic. H. Si Abdelkader, H. I. Faraoun and H. Aourag. 5ème Congrès International en Sciences et Génie des matériaux, CISGM-5 Guelma - Algérie. 22-24 novembre 2008.
Communications nationales
- “Theoretical calculations on the adhesion, magnetism and bonding of the Fe/HfC interface”. H. Si Abdelkader et H.I. Faraoun. Le 4ème Congrès Algérien de Cristallographie, CRAC-4, Khenchela , on 14-16 May 2011 (Algérie).