Les solutions ordonnées
Dans le cas de solutions désordonnées, les deux éléments en présence doivent être équivalents. Dans le cas de solutions ordonnées, les liaisons entre les atomes des deux éléments sont énergétiquement favorisées par rapport aux liaisons entre atomes de même type. À haute température, l’ordre sera détruit par l’agitation thermique qui provoque un brassage permanent des atomes sur les divers sites. La structure ordonnée disparaît à partir d’une température critique \(T_c\) (température de transformation ordre-désordre). On peut définir le degré d’ordre pour un alliage \(\ce{AB}\) comme le rapport \(\delta= \left(\pi_A -x_A\right) / \left(1 - x_A\right)= \left(\pi_B -x_B\right) / \left(1 - x_B\right)\) ; où \(x_A\) (respectivement \(x_B\)) est la fraction atomique des atomes \(\ce{A}\) (respectivement \(\ce{B}\)) et \(\pi_A\) (respectivement \(\pi_B\)) la probabilité d’occupation d’un site déterminé par l’espèce \(\ce{A}\) (respectivement \(\ce{B}\)). Dans le cas d’un ordre parfait, on a \(\pi_A = \pi_B = 1\) et \(\delta = 1\) ; dans le cas d’un désordre complet on a \(\pi_A = x_A\), \(\pi_B = x_B\) et \(\delta = 0\).
La figure ci-dessous donne quelques exemples de structures ordonnées.
La structure L 10 (type AuCu)
C’est une structure \(\ce{CFC}\) formée par l’alternance de plans \((001)\) d’atomes de \((\ce{Cu})\) et de plans \((001)\) d’atomes de \((\ce{Au})\). Le cube perd ainsi certains de ses éléments de symétrie. La structure ordonnée devient quadratique avec \(c/a = 0,93\) correspondant à un effet stérique de tassement de la structure. De telles structures où les atomes d’une espèce ont tendance à se placer sur certains sites ou certains plans particuliers sont appelées surstructures.
La structure L 12 (type AuCu3)
C’est également une structure \(\ce{CFC}\) dans laquelle les atomes d’une espèce se trouvent aux sommets du cube et les atomes de l’autre espèce se trouvent aux centres des faces du cube, ce qui correspond dans le cas de \(\ce{Au}\) et \(\ce{Cu}\) à la composition stœchiométrique \(\ce{AuCu3}\). La symétrie de la maille n’est plus cubique à faces centrées mais cubique simple.
La structure L 2 (type CsCl ou laiton beta)
Le laiton \(\beta\) a une structure \(\ce{CC}\). Pour la composition 50% atomique de \(\ce{Cu}\) / 50% atomique de \(\ce{Zn}\), la structure ordonnée présente une alternance de plans de \(\ce{Cu}\) et de \(\ce{Zn}\) du type \((001)\) ; une espèce d’atomes occupe le centre du cube et l’autre les sommets du cube. La symétrie cubique centrée est perdue, elle devient cubique simple.