La diffraction des rayons X : un outil pour l'étude des réactions solides-gaz (avantages et développements)

Résumé
L'oxydation du zirconium à 850°C sous oxygène (ou air) est un processus pour lequel les analyses aux rayons X présentent un grand intérêt (analyses de phases, textures, contraintes) : en effet, dans cette réaction, des interactions entre processus chimiques (diffusion des espèces, croissance d'une couche d'oxyde) et physiques (microstnicturation de la couche d'oxyde "texture", contraintes mécaniques dans le composite métal-oxide) sont observées. Le produit résultant de l'oxydation contient deux phases , ZrO₂ monoclinique majoritaire et ZrO₂ quadratique. Les analyses DRX ont établi les résultats suivant : 1) analyse de phases : la DRX en incidence variable révèle la présence d'un gradient de phase au sein de la couche d'oxyde. 2) goniométrie de texture : l'inhomogénéitté de la texture de ZrO₂ monoclinique apparaît grâce aux analyses effectuées en incidence variable (fig. 1). 3) goniométrie de contraintes : de nombreuses relaxations des contraintes de compression régnani dans le matériau, inteniennent régulièrement au cours de l'oxydation. Elles ont été corrélées à des accidents morphologiques et cinétiques visualisés par d'autres techniques. L'ensemble de ces résultats permet de proposer un mécanisme d'évolution stnicturae dans la couche d'oxyde au cours de la réaction. Il démontre également l'intérêt de la DRX dans le cadre des recherches en cinétique hétérogène.

Abstract
Zirconium oxidation mechanism can be studied by X-ray diffraction methods : in fact, the interactions between chernical (oxide growth, phases proportion) and physical process (oxide scale texture, mechanical stresses) are observed. The oxide formed is composed of two allotropie structures , monoclinic ZrO₂ (highest proportion) and tetragonal ZrO₂ (trace). XRD studies show : 1) phases analyses : phases gradient are revealed by XRD variable incidence. 2) textures: Spatial evolution of monoclinic zirconia texture through the oxide scale is shown, and quantifiai. 3) mechanical stresses : several relaxations of the oxide compressive stresses occur at different times of the oxidation. They are correlated to kinetics breakaway, svealed by other methods. A structural mechanism of the oxide formation is then proposefi, which prove the XRD interest in the heterogeneous kinetics researches.