Transformation-induced plasticity in ceria-doped zirconia ceramics at small scales

Plasticité induite par transformation de phase dans les céramiques de zircone cériées à petites échelles Les céramiques à base de zircone dopée à la cérine (Ce-TZP) présentent des propriétés mécaniques uniques, notamment une transformation martensitique induite par la contrainte de la phase tétragonale vers la phase monoclinique (t-m), qui confère une plasticité induite par transformation (TRIP), une meilleure ténacité et une variabilité des contraintes à la rupture réduite par rapport aux céramiques conventionnelles. De plus, la réversibilité de cette transformation de phase positionnent les Ce-TZP comme des candidats prometteurs pour des applications comme céramiques à mémoire de forme (SMC), analogues à certains alliages métalliques, à condition que la transformation ne provoque pas de dommages microstructuraux significatifs. Ce travail vise à élucider le comportement micromécanique régissant les transformations réversibles t-m dans des micropiliers de Ce-TZP. L'objectif principal était de caractériser comment l'orientation cristallographique, les joints de grains et les défauts microstructuraux influencent l'initiation et la propagation de la transformation martensitique, ainsi que sa réversibilité et les effets de mémoire de forme associés. Pour cela, des micropiliers monocristallins et oligocristallins ont été fabriqués et soumis à des charges mécaniques à l'aide de techniques in situ telles que la microdiffraction Laue et la microscopie électronique à balayage (MEB), incluant la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). Des traitements thermiques ont également été appliqués pour étudier la transformation inverse (m-t), permettant l'observation directe de l'effet mémoire de forme et l'évaluation de la déformation résiduelle. Les résultats ont montré que la transformation martensitique dépend fortement de l'orientation, se produisant préférentiellement selon des directions cristallographiques qui maximisent les contraintes de cisaillement. Par ailleurs, les hétérogénéités microstructurales telles que les interfaces et les défauts ont un impact significatif sur l'initiation, la propagation et le comportement mécanique qui en découle. Des cycles mécaniques répétés combinés à des traitements thermiques ont confirmé la réversibilité partielle du changement de forme dû à la transformation, et révélé une diminution progressive de la contrainte critique. Ce comportement a été observé après un cycle initial de transformation t-m suivi d'une transformation inverse m-t. La transformation facilitée pourrait être attribuée aux défauts introduits lors du premier cycle, qui modifient le paysage énergétique. L'absence de récupération complète serait probablement liée à l'activité de dislocations, entraînant une déformation plastique résiduelle après chauffage.