Institut des
NanoSciences de Paris
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Dynamique des interfaces, équipements

Solidification directionnelle en échantillons minces

Contact : Sabine Bottin-Rousseau

Visualisation : Microscope Leica DMRXE

© CNRS Photothèque / Hubert Raguet

En solidification directionnelle, un alliage est solidifié à vitesse constante V (pouvant varier de 0.1 à 100 µm/s) dans un gradient de température G fixe, imposé de l’extérieur (autour de 100 K/cm). Le gradient est réalisé entre deux blocs de cuivre, un chaud et un froid, séparés de 5 mm environ, régulés en température de façon à encadrer la température de fusion de l’alliage. L’échantillon est liquide du côté chaud, solide du côté froid. On observe la forme de l’interface solide-liquide en mouvement en cours de solidification (front de solidification). En régime stationnaire, le front est immobile dans le repère du laboratoire, le taux de solidification est égal à V, et il est plan à grande échelle, mais modulé à l’échelle du micron. Les échantillons minces sont fabriqués à partir de deux plaques de verre prenant en sandwich deux espaceurs (en Mylar)
JPEG déterminant l’épaisseur du film de l’alliage (de 6 à 50 µm). La largeur utile du film est environ 1 cm, et la longueur 6 cm.
L’effet de confinement permet ainsi d’obtenir un système quasi 2D (le front est assimilé à une ligne).
Les alliages modèles utilisés sont des matériaux organiques transparents non facettés (CBr4-C2Cl6, succinonitrile, camphre, neopentylglycol,…) comme les métaux, ou parteillement facettés (alcanes, biphényl, naphtalène, molécules mésomorphes…).
L’observation en vue de côté (profil du front) se fait par vidéomicroscopie.
Une image type de front cellulaire permet de mieux comprendre la géométrie des expériences : la vitesse de tirage et le gradient thermique sont le long de la verticale, le chaud est en haut (liquide en haut, solide en bas). Le front de solidification est la ligne noire.