In this work , impurity free vacancy diffusion (IFVD) quantum well intermixing(QWI) technology by high thermal-expansion-induced stress is used to perform bandgap engineering. In this paper, 1530nm InGaAsP multiple QWs sandwiched by p-InP (2£gm thickeneess, top) and n-InP (bottom) material is used as testing material structure also laser fabrication material, where contact materials (InGaAs and InP) on p-InP are used for comparison. By the difference between thermal expansion coefficients of SiO2 on the different material (InGaAs, InP), large different behaviors of QWI are observed, while low different dependence on defects created by ion-implantation is found. Above 70nm photo luminance (PL) wavelength shift of InGaAsP MQW below 2£gm thick InP is realized in this method. Further more, CW in-plane laser structures are also successfully fabricated and demonstrated by such QWI, giving the same shift as PL. It shows that good qualify of material can be obtained in such QWI method. Using local deposition of SiO2 causes different bandgap materials, re-growth free processing for monolithic integration can be expected, offering a powerful scheme of QWI for bandgap engineering.

In this work, a quantum well intermixing(QWI) technology, called impurity free vacancy diffusion(IFVD), is used to do the bandgap engineering in an optoelectronic monolithic integration. The monolithic integration of SOAs and EAMs is taken as an example. By IFVD, the transition energy levels of EAM quantum wells can be shifted to shorter wavelength region, while SOA quantum wells are kept the same. Therefore, the overall SOA-integrated EAM efficiency can be improved. We use dielectric film¡XSiO2 and Si3N4 to control the impurity free vacancy diffusion, both of these two dielectric layer will induce stress on the wafer, but they will come to the totally different result base on the difference atom chemistry with the substrate. Using Ga atom diffusion into SiO2 to relax stress, the IFVD will be operated to enhance quantum well intermixing, leading to energy bang transition change. On the other hand, with Si3N4 film, no significant intermixing is observed, implying atom chemistry dominates the whole process. Also, a super critical fluid technique by H2O2 is also employed to further improving SiO2 quality, a as large as 180nm blue shift is obtained, further improving such mechanism. Through difference properties between SiO2 and Si3N4 dielectric layers, different bandgap transitions in one single chip can be controlled in an area of 30£gm¡Ñ50£gm, leading to a planar bandgap engineering. Use these techniques, an EAM-SOA integration is designed and fabricated, obtaining an wavelength offset of 40nm with good quality of material structure. In the future, we can use this technique on large scale chip, tuning the bandgap to make photonic integration circuit without re-growth.

Neutron irradiated copper-boron alloys are employed to study the mutual interaction between metallic crystalline lattices and inert gases. Inert gases precipitate to form gas bubbles and their growth induces dilation of the matrix. This dilation, technically designated as swelling, affects the structural integrity of nuclear fuels during their service. The estimated enthalpy of solution of helium in copper is 5.5 eV/atom. As a Consequence, its solubility in the copper matrix is extremely poor and it cannot enter a copper based matrix via any thermo-chemical route. Hence, recourse to a nuclear reaction is taken to impregnate copper with helium. Helium is produced in situ through neutron irradiation in copper-boron alloys as a result of (n, alpha) nuclear reaction between boron atoms and neutrons. The characteristic feature of the growth of helium gas bubbles driven by isothermal annealing of the metallic matrix is that their rate of growth is highly sensitive to the distance of the bubbles from the external surface of the specimen. The growth of gas bubbles as a function of time and temperature is modulated by the flow of vacancies from the free surface of the specimen. A theory for the surface induced growth of helium gas bubbles in the neutron irradiated copper-boron alloys is presented here.

The rates of dissolution of heavy crude oil in liquid solvents and rates of desorption of solvents from oil have been measured. The crude oil used is a non-volatile heavy oil of 4253 mPa.s viscosity at room temperature. The solvents used are hexane, heptane and toluene. When the oil (black) is contacted with a solvent (transparent) an interface is seen which moves with time and takes a very long time to become fuzzy. The rate of movementof the front is measured. The dissolution experiments give very consistent results, but there are two parameters involved, Do, the diffusivity at infinite dilution and alpha which determines the concentration dependence. As a result it is necessary to do desorption experiments to be able to calculate both constants from the rate of movement of the front data. However, desorption experiments could not be performed under conditions of low concentrations suitable for the present case because of the very viscous nature of the oil. As a result, although the desorption experiments also showed good results, they could not be used to obtain good values of the parameters. When Stokes-Einstein equation was used to calculate Do, excellent results were obtained with alpha ~ 10 for the dissolution experiments and good deal smaller for the desorption experiments. That result is used to conclude that the above form for concentration dependent diffusivity is correct and concentration dependence is very high at low solvent concentrations explaining the sharp interfaces during dissolution.Other evidences have also been offered.

Inconel 738, which is a nickel base superalloy used for hot section components of aircraft and industrial turbines is difficult to fabricate and repair by fusion welding due to its susceptibility to heat affected zone (HAZ) intergranular cracking. Crack-free joining of the difficult-to-weld alloy is currently achieved by using linear friction welding (LFW). Nevertheless, oxidation along the joint during LFW is a major problem. Information about the effect of process parameters on the microstructural evolution of linear friction welded nickel base alloys is very limited. In this work, the effect of forging pressure on the microstructure of linear friction welded Inconel 738 was studied. The results as elucidated in this work showed that increased forging pressure caused strain-induced rapid solidification of metastable liquid, which resulted in complete elimination of deleterious liquid phase oxides in bonded material contrasting the generally accepted view that assumes extrusion of solid state oxides during LFW.

Inconel 738, which is a nickel base superalloy used for hot section components of aircraft and industrial turbines is difficult to fabricate and repair by fusion welding due to its susceptibility to heat affected zone (HAZ) intergranular cracking. Crack-free joining of the difficult-to-weld alloy is currently achieved by using linear friction welding (LFW). Nevertheless, oxidation along the joint during LFW is a major problem. Information about the effect of process parameters on the microstructural evolution of linear friction welded nickel base alloys is very limited. In this work, the effect of forging pressure on the microstructure of linear friction welded Inconel 738 was studied. The results as elucidated in this work showed that increased forging pressure caused strain-induced rapid solidification of metastable liquid, which resulted in complete elimination of deleterious liquid phase oxides in bonded material contrasting the generally accepted view that assumes extrusion of solid state oxides during LFW.

La sécurité des installations nucléaires est constamment un souci majeur lors de leur exploitation, mais aussi lors de la conception de nouveaux réacteurs. Leurs durées de vie est limitée à cause des changements de comportement mécanique de leurs composants métalliques (principalement la cuve du réacteur mais aussi ses composants internes), qui sont accélérés ou induits par l’irradiation de neutrons. Une prédiction quantitative précise de ces changements, en fonction de la composition des matériaux et des conditions d'irradiation, est par conséquent un objectif de première importance pour la science des matériaux nucléaires. La modélisation est, de nos jours, considérée comme un complément vital aux approches expérimentales, avec l'objectif d’apporter une meilleure compréhension des processus physiques et chimiques qui se produisent dans les matériaux métalliques sous irradiation de neutrons.<p><p>La modélisation des effets de l'irradiation de neutrons dans les aciers est par nature un problème multi-échelle. Le point de départ est la simulation des cascades de collisions atomiques initiées par les neutrons à hautes énergies qui pénètrent dans le matériau, créant ainsi des défauts ponctuels mobiles. Différents modèles physiques, considérant des échelles de temps et de longueur croissantes, doivent être développés afin de convenablement tenir en compte de tous les différents processus qui provoquent des changements de comportement macroscopique, à cause de la présence de ces défauts ponctuels mobiles. En outre, des liens entre les différents modèles doivent être créés, parce que les prédictions de chacun d'entre eux doivent servir de paramètres d'entrée pour les modèles qui travaillent aux échelles supérieures. Dans cette thèse, un tel lien est créé entre le niveau atomique et les modèles à gros-grains, en développant un nouvel algorithme Monte-Carlo cinétique atomistique (MCCA), où le matériau est décrit comme une collection d'atomes occupant des sites cristallographiques réguliers. Le processus simulé est dès lors naturellement décomposé en séries d'évènements élémentaires activés thermiquement, correspondant à la migration des défauts ponctuels (lacunes ou interstitiels) vers des positions de proches voisins, qui sont en permanence en compétition en fonction de leurs fréquences d'occurrences respectives. Ces dernières sont calculées en fonction des énergies de migrations, qui sont elles-mêmes calculées avec peu d'approximations par une méthode qui prend en compte tous les effets de la relaxation statique et des interactions chimiques à longue portée. Le nouvel algorithme MCCA est par conséquent un modèle physique, entièrement basé sur un potentiel inter-atomique approprié qui est utilisé de la manière la plus complète possible, sans définir de paramètres empiriques qui devraient être, par exemple, fittés depuis des données expérimentales. Finalement, l'algorithme est accéléré de plusieurs ordres de grandeur en utilisant des réseaux de neurones artificiels (RNA), entraînés à prédire les énergies de migrations des défauts ponctuels en fonction de leur environnement atomique local.<p><p>Le nouvel algorithme MCCA est utilisé avec succès pour simuler des expériences de recuits (pour lesquels une seule lacune doit être introduite dans la boîte), afin de valider le modèle grâce à une comparaison directe de ses prédictions avec des résultats expérimentaux trouvés dans la littérature. Une comparaison très satisfaisante est accomplie pour deux alliages modèles importants pour la science des matériaux nucléaires. Dans les deux cas, l'évolution avec le temps de recuit du rayon moyen des précipités formés, ainsi que de leur densité, est en très bonne adéquation avec les mesures expérimentales trouvées dans la littérature, contrairement à ce que d'autres auteurs avaient jusqu’à présent réussi. Ensuite, l'algorithme est généralisé avec succès afin de permettre l'introduction d'un grand nombre de lacunes, ce qui est un des deux ingrédients nécessaires pour la simulation des effets de l'irradiation de neutrons dans les métaux. Cet accomplissement permet la simulation de processus longs et complexes, par exemple le calcul de coefficients de diffusions et temps de vies d'amats de cuivre-lacunes, qui sont des paramètres d'entrée nécessaires pour des modèles de simulation à gros-grains. Finalement, des preuves convaincantes sont apportées que l'algorithme MCCA peut être, dans un futur proche, généralisé d'avantage et permettre la prise en compte des interstitiels, ouvrant ainsi la voie vers la simulation de cycles complets d'irradiation.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’endommagement de fluage des aciers 316L(N) a été étudié expérimentalement et théoriquement à des températures élevées et des temps à rupture jusqu'à dix-neuf ans. Pour le fluage à court terme, les durées de vie sont correctement prédites par le modèle de striction en tenant compte de la dispersion expérimentale. Le modèle de Riedel couplant croissance de cavités par diffusion lacunaire et germination continue est utilisé afin de prédire l’effet de l’endommagement intergranulaire sur la durée de vie des aciers 316L(N). Les durées de vie sont correctement prédites par ce modèle pour le fluage à long terme quelle que soit l'acier austénitique étudié et la température appliquée (525°C-700°C). En tenant compte du régime de vitesse basse contrainte de la loi de Norton, le modèle de Riedel permet de prédire la durée de vie de fluage jusqu'à 25 ans. Aucun paramètre ajusté n’a été utilisé dans le modèle de Riedel. Mais le taux de nucléation de cavités doit être déduit des mesures de densité de cavités à partir des observations MEB-FEG. La cavitation se produit principalement aux interfaces carbures M23C6 /matrice austénitique. L'effet de l'hétérogénéité de la microstructure sur les concentrations de contraintes à l’interface matrice/précipité est simulé par la méthode des éléments finis (logiciel Cast3M). Elle vise à déterminer la distribution des champs de contraintes normales autour de précipités et à prédire numériquement le taux de nucléation de cavités. Les caractéristiques des précipités et le comportement en fluage de la matrice austénitique sont conjointement pris en compte. Les simulations numériques sont en accord avec les observations de sites préférentiels de micro-cavitation. / The creep fracture of 316L(N) austenitic SSs has been studied both experimentally and theoretically for high temperatures and lifetimes up to nineteen years. For short term creep, experimental lifetimes are predicted by the necking model taking into account scatter in input parameters. The Riedel modeling of cavity growth by vacancy diffusion along grain boundaries coupled with continuous nucleation is then carried out. Lifetimes are predicted fairly well using this model for long term creep failure whatever the considered austenitic SSs and the applied temperature (525°C - 700°C). Taking into account low and high stress regimes of the Norton-power law, the Riedel model allows us to predict the creep lifetimes in agreement with literature results up to 25 years. No fitted parameter has been used as applying the Riedel model. But the cavity nucleation rate should be deduced from cavity density measurements using FEG-SEM observations. The intergranular cavitation occurs mainly at M23C6 carbides / austenitic matrix interfaces. That is why the effect of the heterogeneity of the microstructure at the matrix/precipitate interface stress concentrations is simulated by the finite element method (Cast3M software). It aims to determine the distribution of normal stress fields around precipitates and to predict the cavity nucleation rate. The features of the precipitates and the creep behavior of the austenitic matrix are both taking into account. Numerical simulations are in agreement with the observations of preferential sites cavitation.

No description available.