In-situ time-resolved X-ray diffraction experiments applied to self-sustained reactions from mechanically activated mixtures

Résumé
Le procédé MASHS (Mechanically activated self-propagating high-temperature synthesis) apparaît être un procédé alternatif intéressant pour élaborer des matériaux tels que des céramiques, des composites ou des intermétalliques. La formation au cours d'une réaction de combustion autoentretenue d'intermétalliques, tels que NbAl₃ et MoSi₂, a été suivie in-situ et en temps réel en couplant la diffraction des rayons X, produits par le rayonnement synchrotron (Ligne D43, LURE - Orsay) et, une thermographie infrarouge. A partir de temps d'acquisition très courts (de 30 ms à l00ms par diffractogrammes), il a été possible de déterminer simultanément les évolutions structurales et thermiques. En effet ce dispositif original a permis d'identifier les chemins réactionnels qui conduisent à la formation : (i) du composé NbAl₃ à partir du niobium solide et de l'aluminium liquide en réalisant des enregistrements toutes les 100 ms. (ii) du composé MoSi₂. Dans ce système, grâce à des acquisitions réalisées toutes les 33 ms et à un bon couplage spatio-temporel, l'influence de l'étape d'activation mécanique a pu être mise en évidence. De plus, il semble que le procédé MASHS puisse conduire à la formation de composés purs nanostructurés.

Abstract
Mechanically activated self-propagating high-temperature synthesis (MASHS) provides an attractive practical method for producing advanced materials such as ceramics, composites and intermetallics. This kind of reaction has been investigated in-situ using the Time resolved X-Ray Diffraction (TRXRD), with an X-ray synchrotron beam (D43 beam line, LURE Orsay) coupled to simultaneous infrared thermography to study structural transformations and thermal evolution. With short acquisition times (from 30ms to 100 ms per pattern), it has been possible to observe several steps before obtaining compounds. Two different compound formations have been described (i) Owing to the temporal resolution of 100 ms between two consecutive diffractograms, it was possible to observe several steps before obtaining the niobium aluminide compound NbAl₃. Indeed, the phase transformations corresponding to the aluminum melting plateau, the subsequent temperature increase to the ignition temperature and the fast reaction between niobium and molten aluminum at such a temperature were well-identified. (ii) Despite a temporal resolution of 33ms between 2 consecutive diffractograms, no intermediate phase was observed during the combustion front passage. The only reaction responsible for the self-sustaining reaction is Mo + 2Si → MoSi₂ in the primary zone inside the combustion wave