Systèmes nanocristallins Sm1-s(Fe,Mo)5+2s : étude des propriétés structurales et magnétiques, Structural and magnetic investigation on nanocristalline Sm1-s(Fe,Mo)5+2s compounds
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Thèse soutenue le 20 décembre 2010: Université Tunis El Manar, Paris Est
Ce travail se situe dans le cadre général de l'étude des nanostructures obtenues par mécanosynthèse qui font l'objet d'intenses recherches dans le domaine des aimants permanents de nouvelle génération et de l'enregistrement magnétique. L'objectif de l'étude du système Sm-Fe-Mo est de suivre l'effet de la substitut ion partielle du fer par le molybdène ainsi que l'effet de l'insertion d'un élément léger tel que le carbone sur leurs propriétés magnétiques afin d'établir une corrélation entre leur microstructure et leurs propriétés magnétiques. Nous avons montré que la mise en solution du molybdène est bien possible. La phase 2/17 ainsi obtenue possède une température de Curie (Tc) égale à 434K. Avec le taux de substitution croissant, on découvre un changement de phase vers une phase monoclinique 3/29 du type Nd3(Fe,Ti)29 de Tc égale à 459K, puis vers une structure quadratique (1/12 de Tc=551K). Ces phases d'équilibre, obtenues à haute température de recuit, dérivent toutes de la structure CaCu5. Elles correspondent à la substitution ordonnée des atomes de Sm par des haltères de Fe. A plus basse température de recuit, on découvre l'apparition de nouvelles phases, ne figurant pas dans les diagrammes d'équilibre. Nous avons déterminé les stchiométries respectives de ces phases par analyse des diagrammes de diffraction des RX par la technique de Rietveld. Ces phases hexagonales possèdent des propriétés magnétiques plus intéressantes que les phases d'équilibre. L'insertion du carbone change drastiquement les propriétés magnétiques des différentes phases
-Nanoparticule
-Intermétalique à base de terre rare et métal de transition
-Propriétés magnétiques
-Microstructure
One important family among the hard magnetic rare-earth-transition-metal is derived from Sm-Fe-Mo CaCu5-type structure. The aim of the study of the system Sm-Fe-Mo is to follow the effect of partial substitution of Fe by Mo and the effect of the insertion of a light element such as carbon on their magnetic properties in order to correlate their microstructure and their magnetic properties.The ordered substitution of Sm atom by a dumbbell pair Fe-Fe leads to the equilibrium phases 2/17, 3/29 and 1/12 structure. With Mo content increase, a phase transformation is observed. The Curie temperatures of these phases are respectively 434, 459 and 551K. New phases are discovered to appear at lower annealing temperatures. Owing to Rietveld refinement, these phases crystallize in the P6/mmm structure. Carbon insertion improves drastically magnetic properties. The carbides of the new out of equilibrium phases are particularly promising for permanent magnet applications
-Nanoparticle
-Rare earth transition metal compounds
-Magnetic properties
-Microstructure
Source: http://www.theses.fr/2010PEST1068/document
THÈSE DE DOCTORAT
Spécialité : Sciences des Matériaux
par
Salwa KHAZZAN
Sujet de la thèse :
SystèmesnanocristallinsSm (Fe,Mo) :Étudedespropriétés1¡s 5¯2s
structuralesetmagnétiques.
Soutenue le 18 décembre 2010 devant le jury composé de :
M. BÉCHIR YANGUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Président
Mme CHRISTINE LEROUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rapporteur
M. MOHAMED BEN SALEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .teur
M. ALAIN MICHALOWICZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Examinateur
Mme NAJEH THABET MLIKI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Directeur de Thèse
M. LOTFI BESSAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Directeur de Thèse
tel-00600687, version 1 - 15 Jun 20112
tel-00600687, version 1 - 15 Jun 2011Remerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés dans le cadre d’une thèse en cotutelle au
sein des Laboratoires Matériaux Organisation et Propriétés (LMOP) de la Faculté des Sciences de
Tunis et à l’Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est de l’Université Paris Est (ICMPE) Cré-
teil Val de Marne. Mes premiers remerciements s’adressent conjointement et tout naturellement
à Monsieur Béchir Yangui, professeur à la Faculté des Sciences de Tunis et Monsieur Michel La-
troche, Directeur de Recherche au CNRS pour m’avoir accueillie dans leurs Laboratoires.
Je tiens à remercier tout particulièrement Monsieur Lotfi Bessais professeur à l’université Paris EST
et Madame Najeh Thabet Mliki professeur à la Faculté des Sciences de Tunis qui ont initié cette
thèse et assuré le suivi scientifique de ce travail tout au long de ces trois années. Leur enthousiasme
et leur énergie ont beaucoup contribué à faire de cette thèse une expérience inédite. Je les remercie
de m’avoir consacré de leur temps, de leur présence. Je leurs exprime également toute ma gratitude
pour les nombreux conseils et remarques, ainsi que pour toutes les discussions fructueuses que
nous avons eues.
Je voudrais remercier vivement Prof. Béchir Yangui, pour avoir bien voulu présider ce jury.
Je tiens à remercier Mme Christine Leroux, professeur à l’université du Sud Toulon Var et Monsieur
Mohamed Ben Salem, professeur à la Faculté des Sciences de Bizerte, qui ont accepté de rapporter
cette thèse. Je les remercie aussi pour le temps qu’ils y ont consacré.
J’exprime toute ma gratitude à Monsieur Alain Michalowicz, professeur à l’Université Paris EST qui
m’a fait l’honneur d’accepter d’évaluer ce travail.
Je n’oublierai pas de remercier cordialement les responsables de la coopération universitaire franco-
tunisienne pour avoir financé une partie de mes séjours à l’ICMPE durant mon parcours de thèse
(CMCU1306).
Je tiens à remercier les membres du Laboratoire de Microscopie et de Microanalyses de la Faculté
des Sciences de Bizerte qui m’ont consacré de leurs temps et de leur savoir faire quant à l’obser-
vation en microscopie électronique en transmission. Leurs disponibilité m’a beaucoup touché. je
tiens aussi à remercier l’équipe du Laboratoire EMAT, Anvers. Belgique qui m’ont fait aussi profité
de leurs savoir et leurs savoir faire, plus particulièrement Mr. Christian Van Tendeloo.
Je tiens également à remercier tous ceux qui ont contribué de prés ou de loin à ce travail. En es-
pérant ne pas oublier personne je citerais : Madame Valérie la Lalanne que j’apprécie particuliè-
rement, Benjamin villeroy, Fabrice couturas et olivier Rouleau. Je remercie aussi Mr. Noureddine
Fassatoui pour son soutien et son aide.
Je souhaite remercier tout les membres des deux laboratoires, permanents, thésards, post doc-
torants et stagiaires de licence qui ont rendu agréable l’ambiance quotidienne. Je remercie plus
particulièrement Khadidja Younsi, Mathieu Phéjar et Veronique Charbonier pour leur aide et leur
soutien.
Je souhaite exprimer mes plus vifs remerciements à mes amis qui m’ont soutenu et m’ont réconfor-
tée dans les moments les moins agréables. Enfin, ce travail n’aurait certainement pas été possible
sans le soutien constant de ma famille. Qu’elle trouve ici le témoignage de toute mon affection.
I
tel-00600687, version 1 - 15 Jun 2011Table des matières
Introduction 1
I Phases d’équilibre Sm Fe Mo 52 17¡x x
Introduction 7
I.1 Généralités 9
I.1.1 Les alliages R-M : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
I.1.1.1 Conditions à l’obtention d’une anisotropie uniaxiale . . . . . . . . . . . . . . 10
I.1.1.2 Structure des alliages R-M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
I.1.1.2.1 Écart à la stœchiométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
I.1.1.2.2 Mise en ordre de la substitution et phases d’équilibre . . . . . . . . . 12
I.2 Élaboration - Caractérisation 15
I.2.1 Synthèse des alliages nanocristallins Sm Fe Mo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 17¡x x
I.2.2 Synthèse des carbures de la phase Sm Fe Mo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 17¡x x
I.2.3 Techniques de caractérisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
I.2.3.1 Caractérisation structurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
I.2.3.2 Caractérisation magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
I.3 Étude des systèmes Sm (Fe,Mo) 192 17
I.3.1 Rappel bibliographique sur les phases Sm (Fe,Mo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 17
I.3.2 Étude structurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
I.3.2.1 Étude par microscopie électronique par transmission . . . . . . . . . . . . . 25
I.3.3 Propriétés magnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
I.3.3.1 Température de Curie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
I.3.3.2 Aimantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
I.3.4 Paramètres hyperfins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
I.4 Étude des systèmes Sm (Fe,Mo) 333 29
I.4.1 Rappel bibliographique sur les phases 3/29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
I.4.2 Étude structurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
I.4.3 Étude par microscopie électronique par transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
I.4.4 Propriétés magnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
I.4.4.1 Température de Curie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
I.4.4.2 Champ coercitif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
I.4.5 Paramètres hyperfins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
I.5 Étude des systèmes Sm(Fe, Mo) 4312
I.5.1 Rappel bibliographique sur les phases Sm(Fe, Mo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4312
II
tel-00600687, version 1 - 15 Jun 2011I.5.2 Étude structurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
I.5.3 Étude par microscopie électronique en transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
I.5.4 Propriétés magnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
I.5.4.1 Température de Curie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
I.5.4.2 Champ coercitif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
I.5.5 Paramètres hyperfins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Conclusion partielle 55
II Étude des composés hors équilibre 57
Introduction 59
II.1 Étude des systèmes Sm(Fe,Mo) 619
II.1.1 Étude structurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
II.1.2 Étude par microscopie électronique par transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
II.1.3 Propriétés magnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
II.1.3.1 Températures de Curie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
II.1.3.2 Aimantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
II.2 Étude des systèmes hexagonaux du Sm (Fe,Mo) 693 29
II.2.1 Étude structurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
II.2.2 Propriétés magnétiq
