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Issue
Microsc. Microanal. Microstruct.
Volume 2, Number 1, February 1991
Page(s) 27 - 46
DOI https://doi.org/10.1051/mmm:019910020102700
Microsc. Microanal. Microstruct. 2, 27-46 (1991)
DOI: 10.1051/mmm:019910020102700

Microstructural characterization of metal matrix composites by analytical electron microscopy

Regine Molins1, Yolande Kihn2, Jean Sévely2, Gilbert Thollet3 et Claude Esnouf3

1  Ecole des Mines de Paris, Centre des Matériaux, BP.87, 91003 Evry, France
2  CEMES-LOE BP. 4347,31055 Toulouse Cedex, France
3  GEMPPM-URA 341, Bat. 502, INSA, 69621 Villeurbanne Cedex, France


Abstract
Metal Matrix Composites have several advantages over the matrix alloys, such as higher stiffness and strength, but they suffer from lower fracture toughness. This is, of course, dependent on the chemical composition of the matrix and of the reinforcement and also on the microstructure and on the processing techniques. The reactions between the different phases in the materials, in particular the matrix / reinforcement interfaces condition strength and toughness. The purpose of the present paper is to outline the potential of different analytical electron microscopy techniques (direct imaging, EDS, EELS, convergent beam diffraction) for the characterization of magnesium segregation in the case of oxide and non-oxide reinforcements. This allows to identify MgAl2O4 spinel at the interface between alumina and an aluminium base matrix, and to understand the different chemical reactions which are involved in the processing.


Résumé
Certaines propriétés mécaniques des matériaux Composites à Matrices Métalliques (CMM) sont améliorées par rapport à celles des alliages de base conventionnels, notamment la rigidité, la résistance, la dureté et la stabilité en température. Ces propriétés sont en relation directe avec la composition chimique de la matrice et des renforts, avec leur microstructure mais aussi avec le mode d'élaboration du composite. L'état des zones réactionnelles entre les différentes phases dans ces matériaux, en particulier des interfaces matrice / renforts, conditionne la rigidité et la résistance à la rupture. Le but de cette communication est de souligner les possibilités de différentes techniques d'analyse en microscopie électronique (imagerie, EDS, EELS, diffraction en faisceau convergent) pour la caractérisation de ségrégation de magnésium dans le cas de renforts oxydés et non-oxydés. Ceci permet d'identifier le spinelle MgAl2O4 à l'interface alumine / matrice à base d'aluminium, et de comprendre les différentes réactions chimiques mises en jeu lors de l'élaboration du matériau.

PACS
0781 - Electron and ion spectrometers.
6185 - Channeling phenomena (blocking, energy loss, etc.).
8105N - Dispersion-, fiber-, and platelet-reinforced metal-based composites.

Key words
Mechanical properties -- Composite materials -- Microstructure -- Composite material interfaces -- Chemical composition -- Fracture toughness -- Electron microscopy -- EEL spectroscopy -- Spinels -- Magnesium oxides -- Aluminium oxides -- Metal matrix


© EDP Sciences 1991