La compétence du laboratoire dans le domaine du transport électronique a été étendue par un travail métrologique permettant de préciser l’échelle de thermoélectricité notamment en corrigeant l’alumel. Dans une deuxième partie nous avons utilisé l’excellente précision du dispositif expérimental pour mesurer le Pouvoir Thermoélectrique Absolu (PTA) d’échantillons d’Arcelor auparavant caractérisés à haute température par résistivité. Puis nous avons déterminé, pour la première fois, les propriétés de transport électronique de 4 pseudo-alliages en fonction de la température et avons étudié l’effet de leur vieillissement à haute température / The competence of the laboratory in the field of electronic transport has been extended by a metrological work to specify the scale of thermoelectricity correcting that of alumel. In a second part, we used the excellent precision of the experimental device to measure the Absolute Thermoelectric Power (ATP) of Arcelor samples previously characterized at high temperature by resistivity. Then we determined, for the first time, the electronic transport properties of four pseudo-alloys as function of temperature and studied the effect of their ageing at high temperatures

Lorsqu'un champ magnétique est appliqué au cours de la solidification directionnelle, une convection dans la phase liquide peut être induite par l'effet thermoélectrique. En effet la présence d'un gradient de température le long du front de solidification peut provoquer la circulation du courant thermoélectrique, qui interagit avec le champ magnétique appliqué pour créer un écoulement (convection thermo électromagnétique-TEMC). Les conditions de transport de soluté et de l'énergie sont affectées par cette convection, donc il y a influence sur l'espacement des dendrites et la macro-ségrégation des composants de l'alliage. Dans ce travail, l'influence du champ magnétique sur la solidification directionnelle d'alliages métalliques est étudiée. Des travaux expérimentaux de la solidification directionnelle de Sn-Pb et Sn-Bi alliages sont réalisés. La solidification directionnelle dans la configuration Bridgman est effectuée avec ou sans champ magnétique appliqué. L'influence, sur la solidification, du champ magnétique et d'un courant électrique (AC et DC) appliqués est étudiée. Les mouvements du liquide provoquent de fortes macro-ségrégations ainsi qu'un modification des espacements interdendritiques. Les résultats expérimentaux sont interprétés à la lumière d'une modélisation heuristique. Le cas d'un champ magnétique tournant a été aussi étudié. Ainsi, la valeur de la rotation du champ est choisie pour ralentir assez brassage électromagnétique sans pour autant supprimer les effets de TEMC. À faible vitesse de tirage et faible vitesse de rotation faible champ une macro-ségrégation en forme de spirale a pu être obtenue. / If magnetic field is applied during directional solidification, liquid phase convection can be induced by means of thermoelectromagnetic effect. Temperature gradient at the solidification front can cause thermoelectric current circulation, which then interacts with field and creates convection (Thermoelectromagnetic convection-TEMC). Solute and energy transport conditions are affected by this convection, thus it influences dendrite spacing and macrosegregation of the alloys. In this work magnetic field influence on the directional solidification of metallic alloys is studied. Experimental work of directional solidification of Sn-Pb and Sn-Bi alloys is done. Alloys are directionally solidified in Bridgman setup without or with applied magnetic field. Influence on the structure by magnetic field and applied electric current (AC and DC) is studied in this work. Analytical and experimental results are compared and interpreted. Bridgman solidification under rotating transverse magnetic field is studied as well, field rotation value is chosen to be slow enough that electromagnetic stirring does not fully suppress effects of TEMC. At low pulling velocity and low field rotation velocity spiral shaped component macrosegregation can be achieved.

The European legislation prohibits the use of lead containing solders in Europe. However, lead free solders have a higher melting point (typical 20%) and their mechanical characteristics are worse. Additional problems are aging and adhesion of the solder on the electronic circuits. Thus, research activities must focus on the optimization of the properties of Sn-Ag-Cu based lead free solders chosen by the industry. Two main objectives are treated in this work. In the center of the first one is the study of curious hysteresis effects of metallic cadmium-antimony alloys after thermal cycles by measuring electronic transport phenomena (thermoelectric power and electrical resistivity). The second objective, within the framework of “cotutelle” between the universities of Metz and of Chemnitz and supported by COST531, is to study more specifically lead free solders. A welding must well conduct electricity and well conduct and dissipate heat. In Metz, we determined the electrical conductivity, the thermoelectric power and the thermal conductivity of various lead free solders (Sn-Ag-Cu, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Sb) as well in the liquid as well in the solid state. The results have been compared to classical lead-tin (Pb-Sn) solders. In Chemnitz we measured the surface tension, the interfacial tension and the density of lead free solders. We also measured the viscosity of these solders without and with additives, in particular nickel. These properties were related to the industrial problems of wettability and spreadability. Lastly, we solidified alloys under various conditions. We observed undercooling. We developed a technique of mixture of nanocristalline powder with lead free solders "to sow" the liquid bath in order to obtain "different" solids which were examined using optical and electron microscopy. / Die europäische Gesetzgebung verbietet die Benutzung von Lötmitteln, die Blei enthalten. Bleilose Lote haben aber einen höheren Schmelzpunkt (typisch 20%) und ihre mechanischen Eigenschaften sind schlechter. Zusätzliche Probleme sind das Alterungsverhalten und das Haftvermögen des Lots an den Leiterbahnen. Daher müssen sich Forschungsaktivitäten auf die Optimierung der Eigenschaften von bleifreien Sn-Ag-Cu (SAC) Loten konzentrieren, die von der Industrie gewählt wurden. Zwei Hauptgebiete werden in dieser Arbeit bearbeitet. Im Zentrum des Ersten stehen seltsame Hysterese-Effekte von metallischen Kadmium- Antimon Legierungen bei thermischen Zyklen, wobei Transporteigenschaften wie die thermoelektrische Kraft und der elektrische Widerstand untersucht werden. Die zweite Aktivität, die in einer Kooperation der Universitäten Metz und Chemnitz (cotutelle) bearbeitet und die durch COST531 unterstützt wird, besteht in der detaillierten Erforschung des Lötprozesses ohne Blei. Eine Lötverbindung muß den Strom gut führen und die Wärme gut ableiten. In Metz haben wir die elektrische Leitfähigkeit, die thermoelektrische Kraft und das Wärmeleitvermögen bestimmt für verschiedene bleilose Lote (Sn-Ag-Cu, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Sb), sowohl im flüssigen als auch festen Zustand. Die Ergebnisse wurden mit dem klassischen bleihaltigen Lötzinn (Sn-Pb) verglichen. In Chemnitz haben wir die Oberflächen- und Grenzflächenspannung und die Dichte bleifreier Lote gemessen. Ebenfalls wurde die Viskosität dieser Lote ohne und mit Zusätzen (insbesondere Nickel) gemessen. Diese Eigenschaften wurden in Beziehung gesetzt zu den industriellen Problemen der Benetzbarkeit und des Fließverhaltens. Schließlich haben wir Legierungen unter verschiedenen Bedingungen verfestigt. Wir haben Unterkühlung beobachtet. Wir haben eine Technik entwickelt, basierend auf einer Mischung von Lot mit Pulver. Durch "Einsäen" von Nanokristallen in das flüssige Bad erhielten wir "verschiedene" Festkörper, die mit optischer und Elektronenmikroskopie untersucht wurden.

The European legislation prohibits the use of lead containing solders in Europe. However, lead free solders have a higher melting point (typical 20%) and their mechanical characteristics are worse. Additional problems are aging and adhesion of the solder on the electronic circuits. Thus, research activities must focus on the optimization of the properties of Sn-Ag-Cu based lead free solders chosen by the industry. Two main objectives are treated in this work. In the center of the first one is the study of curious hysteresis effects of metallic cadmium-antimony alloys after thermal cycles by measuring electronic transport phenomena (thermoelectric power and electrical resistivity). The second objective, within the framework of “cotutelle” between the universities of Metz and of Chemnitz and supported by COST531, is to study more specifically lead free solders. A welding must well conduct electricity and well conduct and dissipate heat. In Metz, we determined the electrical conductivity, the thermoelectric power and the thermal conductivity of various lead free solders (Sn-Ag-Cu, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Sb) as well in the liquid as well in the solid state. The results have been compared to classical lead-tin (Pb-Sn) solders. In Chemnitz we measured the surface tension, the interfacial tension and the density of lead free solders. We also measured the viscosity of these solders without and with additives, in particular nickel. These properties were related to the industrial problems of wettability and spreadability. Lastly, we solidified alloys under various conditions. We observed undercooling. We developed a technique of mixture of nanocristalline powder with lead free solders "to sow" the liquid bath in order to obtain "different" solids which were examined using optical and electron microscopy. / Die europäische Gesetzgebung verbietet die Benutzung von Lötmitteln, die Blei enthalten. Bleilose Lote haben aber einen höheren Schmelzpunkt (typisch 20%) und ihre mechanischen Eigenschaften sind schlechter. Zusätzliche Probleme sind das Alterungsverhalten und das Haftvermögen des Lots an den Leiterbahnen. Daher müssen sich Forschungsaktivitäten auf die Optimierung der Eigenschaften von bleifreien Sn-Ag-Cu (SAC) Loten konzentrieren, die von der Industrie gewählt wurden. Zwei Hauptgebiete werden in dieser Arbeit bearbeitet. Im Zentrum des Ersten stehen seltsame Hysterese-Effekte von metallischen Kadmium- Antimon Legierungen bei thermischen Zyklen, wobei Transporteigenschaften wie die thermoelektrische Kraft und der elektrische Widerstand untersucht werden. Die zweite Aktivität, die in einer Kooperation der Universitäten Metz und Chemnitz (cotutelle) bearbeitet und die durch COST531 unterstützt wird, besteht in der detaillierten Erforschung des Lötprozesses ohne Blei. Eine Lötverbindung muß den Strom gut führen und die Wärme gut ableiten. In Metz haben wir die elektrische Leitfähigkeit, die thermoelektrische Kraft und das Wärmeleitvermögen bestimmt für verschiedene bleilose Lote (Sn-Ag-Cu, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Sb), sowohl im flüssigen als auch festen Zustand. Die Ergebnisse wurden mit dem klassischen bleihaltigen Lötzinn (Sn-Pb) verglichen. In Chemnitz haben wir die Oberflächen- und Grenzflächenspannung und die Dichte bleifreier Lote gemessen. Ebenfalls wurde die Viskosität dieser Lote ohne und mit Zusätzen (insbesondere Nickel) gemessen. Diese Eigenschaften wurden in Beziehung gesetzt zu den industriellen Problemen der Benetzbarkeit und des Fließverhaltens. Schließlich haben wir Legierungen unter verschiedenen Bedingungen verfestigt. Wir haben Unterkühlung beobachtet. Wir haben eine Technik entwickelt, basierend auf einer Mischung von Lot mit Pulver. Durch "Einsäen" von Nanokristallen in das flüssige Bad erhielten wir "verschiedene" Festkörper, die mit optischer und Elektronenmikroskopie untersucht wurden.