VITREUX ÉTAT

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Procédés d'obtention des verres

Habituellement, lorsqu'un produit fondu est progressivement refroidi, il cristallise à une température bien définie qui est égale à celle de sa fusion. Cependant, si l'on réfrigère suffisamment rapidement certains matériaux, ils peuvent franchir ce point sans cristalliser, et passer à l'état de « liquides surfondus ». En poursuivant l'opération, la viscosité du liquide augmente rapidement, atteignant une valeur élevée, voisine de 1012 Pa . s. La transition qui conduit à l'état vitreux apparaît alors. De ce point de vue, le verre peut être considéré comme un liquide figé. Il possède en effet une structure dépourvue d'ordre à longue distance. Cependant, si, dans les liquides, les molécules ou les assemblages atomiques ont en permanence des déplacements relatifs importants, dans les verres, au contraire, ceux-ci deviennent impossibles et seules les vibrations thermiques autour de positions moyennes fixes se produisent, semblables à celles qui sont observées dans les cristaux.

La vitesse de refroidissement nécessaire pour obtenir l'état vitreux à partir d'un matériau liquide dépend de sa nature chimique. Certains composés purs, tels que B2O3, ou certains mélanges, tels ceux d'oxydes habituellement utilisés dans le verre ordinaire (70 SiO2, 20 Na2O, 10 CaO), aboutissent à l'état vitreux même à la suite de refroidissements relativement lents ; le contact de l'air suffit alors à la transformation de la masse fondue. D'autres matériaux ne peuvent être obtenus à l'état vitreux qu'à la suite de réfrigérations très rapides, appelées trempes, de telle sorte que la cinétique du refroidissement puisse l'emporter sur celle, même très rapide, de la cristallisation. Dans certains cas, il est nécessaire de recourir à des vitesses extrêmement élevées, de l'ordre de 106 0C par seconde, pour atteindre l'état vitreux : c'est le cas en particulier des alliages métalliques non cristallins obtenus par les procédés d'ultratrempe.

Si le figeage par refroidissement d'un liquide est le procédé usuel d'obtention des verres massifs, d'autres procédés ont été élaborés qui permettent l'obtention de matériaux non cristallins. Sans chercher à être exhaustif, citons les plus représentatifs.

Procédés sol-gel

Partant d'une solution, certaines réactions de précipitation conduisent à des gels, qui peuvent ensuite être transformés en verre compact par chauffage modéré. Par exemple, une solution d'alcoxyde Si (OR)4 donne par hydrolyse un gel d'hydroxyde Si (OH)4 qui se déshydrate spontanément en formant un gel de silice. Des cations peuvent être simultanément coprécipités dans le gel. Le chauffage de ce gel, parfois sous pression, conduit à un verre de silicate à partir de compositions pour lesquelles un produit vitreux ne pourrait être obtenu par simple figeage du liquide.

Évaporation sous grand vide

L'évaporation suivie de condensation sur un support éventuellement refroidi conduit également à des matériaux non cristallins, sous forme de couches minces.

Pulvérisation cathodique (« sputtering »)

Un matériau cristallin, constituant la cathode du dispositif, est bombardé par un faisceau d'ions positifs. Sous l'effet de ce bombardement, des particules sont arrachées du matériau et vont se concentrer sur une plaque anodique, formant une couche mince non cristalline.

Procédés d'ultratrempe

Les procédés d'ultratrempe reposent sur l'écrasement d'une goutte du mélange fondu dans des dispositifs appropriés : entre deux rouleaux métalliques tournant à grande vitesse l'un contre l'autre (Anthony), ou entre deux pièces métalliques qui se choquent brusquement (Pietrokowsky). La méthode du splat cooling (Duwez) est à rapprocher des précédentes ; dans celle-ci, une onde de choc provenant de l'explosion d'un gaz projette une goutte de liquide qui vient s'écraser sur une paroi froide. Ces méthodes ne permettent d'obtenir que de fines pellicules de verre.

L'état vitreux sera obtenu non seulement avec des silicates, mais avec des borates, des germanates, des phosphates, des arséniates, et aussi avec des matériaux où l'oxygène n'intervient plus et est remplacé par d'autres non-métaux, des colonnes IV a, V a et VI a du tableau périodique, tels que P, S, Se, Te, F, Cl, etc. À côté des verres de silicates apparaissent donc, en nombre croissant, des verres non traditionnels.

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 8 pages

Médias de l’article

Température et variation de volume

Température et variation de volume
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Verre de silice SiO2

Verre de silice SiO2
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Verre de silicate

Verre de silicate
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Verre de fluorure

Verre de fluorure
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Afficher les 4 médias de l'article


Écrit par :

  • : professeur à la faculté de pharmacie de Paris, université René-Descartes, correspondant de l'Institut, membre de l'Académie de médecine

Classification

Autres références

«  VITREUX ÉTAT  » est également traité dans :

INTERFACES

  • Écrit par 
  • Simone BOUQUET, 
  • Jean-Paul LANGERON
  •  • 8 288 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Solidification »  : […] Lorsqu'on refroidit un liquide, la mobilité des atomes diminue. Cela peut s'effectuer progressivement, le liquide devient alors pâteux (sa viscosité augmente), puis solide. Il n'y a pas de discontinuité dans la transformation, et les molécules conservent à l'état solide le désordre de l'état liquide : c'est l'état amorphe ou vitreux. Il existe peu de matériaux amorphes à l'état naturel (obsidienn […] Lire la suite

MACROMOLÉCULES

  • Écrit par 
  • Michel FONTANILLE, 
  • Yves GNANOU, 
  • Marc LENG
  •  • 13 786 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Quatre régions de viscoélasticité en fonction de la température »  : […] Si l'étude du comportement des solutions de fluides polymères est déterminante pour la connaissance des caractéristiques moléculaires d'un échantillon, pour sa mise en forme, pour sa rhéologie ou encore pour la réalisation de quelques applications bien ciblées, il est aussi essentiel de cerner les propriétés des polymères à l'état solide pour pouvoir les utiliser comme matériaux. À une températur […] Lire la suite

MOLÉCULE

  • Écrit par 
  • André JULG
  •  • 4 309 mots

Dans le chapitre « Les cristaux moléculaires et macromoléculaires »  : […] Revenons aux monocristaux de structure régulière bien définie. Deux situations peuvent se présenter. La plus simple est celle où l'arrangement périodique porte sur des entités identiques aux molécules présentes dans le liquide, suffisamment éloignées les unes des autres pour qu'on puisse considérer le cristal comme un empilement ordonné de ces molécules de base. En particulier, les caractéristique […] Lire la suite

TRANSITION ORDRE-DÉSORDRE

  • Écrit par 
  • Hubert CURIEN
  •  • 4 694 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Désordre topologique »  : […] Quel que soit le type de désordre réticulaire envisagé ci-dessus, les structures décrites étaient caractérisées par la conservation, même dans l'état désordonné, d'une matrice régulière triplement périodique. Le désordre dit topologique est de toute autre nature. Sa description est centrée sur la considération de l'état liquide ou de l'état vitreux et non plus de l'état cristallin : ici, il n'es […] Lire la suite

VERRE

  • Écrit par 
  • Pierre PIGANIOL, 
  • Micheline PROD'HOMME, 
  • Aniuta WINTER
  •  • 12 532 mots
  •  • 5 médias

Les verres constituent un ensemble extrêmement varié de produits dont les propriétés sont innombrables. Celles-ci dépendent fortement des traitements subis, thermiques notamment. Leur mise au point résulte aujourd'hui des progrès des connaissances théoriques sur la structure des matériaux. La caractéristique de tous les verres rencontrés est leur isotropie due à leur nature amorphe, non cristal […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Jean FLAHAUT, « VITREUX ÉTAT », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/etat-vitreux/