Introduction
Les cristaux parfaits formés par la répétition périodique d’une maille élémentaire sont des cristaux idéaux. Les cristaux réels ont des structures qui diffèrent, au moins localement, de cet arrangement périodique car ils sont le siège de défauts de différentes natures. Ces défauts peuvent être sans dimension (défauts ponctuels), à une dimension (dislocations), à deux dimensions (joints de grains, défauts d'empilements, mâcles) ou à trois dimensions (précipités, inclusions). Certaines propriétés des matériaux dépendent essentiellement de la structure et très peu des défauts (module d’Young, coefficient de dilatation linéique, propriétés magnétiques et ferroélectriques). D’autres, en revanche, sont fortement influencées par la nature et la concentration des défauts qu’ils contiennent (comportement sous contrainte, phénomène de diffusion et traitement thermique, conductibilité électrique, etc). Le tableau suivant décrit ces différents types de défauts, en donnant leur concentration ou dimension moyenne et leur influence sur les propriétés des matériaux.
Dimension | Type | Concentration ou dimension caractéristique | Influence |
|---|---|---|---|
0 | lacunes | concentration : \(\approx 10^{-4}\) à température de fusion \(\approx 10^{-15}\) à température ambiante | diffusion à l’état solide |
défauts interstitiels | concentration : \(\approx 10^{-10}\) à température de fusion \(\approx 10^{-30}\) à température ambiante | diffusion à l'état solide | |
atomes étrangers | propriétés mécaniques ; conductibilité électrique des isolants et des semi-conducteurs | ||
défauts de Frenkel et de Schottky | concentration : \(\approx 10^{-15}\) à température ambiante | conductibilité électrique des cristaux ioniques | |
1 | dislocations | densité : \(\approx 10^6\) à \(≈ 10^{12}{ \rm \,cm.cm}^{-3}\) (métaux) \(\approx 10^{4}{\rm \,cm.cm}^{-3}\) (cristaux ioniques) | propriétés mécaniques ; ductilité ; ténacité |
2 | mâcles ; joints de grains défauts d’empilement | taille des grains : de \({1}{\rm\, \mu m}\) à \({1}{\rm\, cm}\) | ductilité ; propriétés mécaniques |
3 | précipités inclusions | dimensions : de \({5}{\rm\, nm}\) à \({100}{\rm\, mm}\) | propriétés mécaniques ; traitements thermiques ; propriétés magnétiques |