MATÉRIAUX CÉRAMIQUES: PROPRIÉTÉS, TYPES, UTILISATIONS - VOCABULAIRE DE LA CULTURE - 2025

Les matériaux céramiques sont composés de matières minérales, métalliques ou non solides qui ont subi une chaleur. Sa base est généralement en argile, mais il en existe différents types avec des compositions différentes.

L'argile commune est une pâte céramique. L'argile rouge est également un type de matériau céramique qui contient des silicates d'aluminium parmi ses composants. Ces matériaux sont constitués d'un mélange de phases cristallines et / ou vitreuses.

S'ils sont constitués d'un monocristal, ils sont monophasés. Ils sont polycristallins lorsqu'ils sont constitués de nombreux cristaux.

La structure cristalline des matériaux céramiques dépend de la valeur de la charge électrique des ions et de la taille relative des cations et anions. Plus la quantité d'anions qui entourent le cation central est élevée, plus le solide résultant sera stable.

Les matériaux céramiques peuvent se présenter sous la forme d'un solide dense, d'une fibre, d'une poudre fine ou d'un film.

L'origine du mot céramique se trouve dans le mot grec keramikos, dont le sens est «chose brûlée».

Poursuite

Le traitement des matériaux céramiques dépend du type de matériau à obtenir. Cependant, la production d'un matériau céramique nécessite normalement les processus suivants:

1- Mélange et broyage des matières premières

C'est le processus dans lequel les matières premières sont assemblées et une tentative est faite pour homogénéiser leur taille et leur distribution.

2- Conformation

Dans cette phase, la pâte prend forme et consistance, ce qui est obtenu avec les matières premières. De cette manière, la densité du mélange est augmentée, améliorant ses propriétés mécaniques.

3- Moulage

C'est le processus par lequel une représentation ou une image (en troisième dimension) de tout objet réel est créée. Pour mouler, l'un de ces processus est couramment effectué:

Pressage

La matière première est pressée dans une matrice. Le pressage à sec est souvent utilisé pour fabriquer des produits réfractaires et des composants électroniques en céramique. Cette technique permet de fabriquer rapidement plusieurs pièces.

Moulage en barbonite

C'est une technique qui permet de produire la même forme des centaines de fois sans erreurs ni déformations.

Extrusion

C'est un processus au cours duquel le matériau est poussé ou extrait à travers une filière. Utilisé pour générer des objets avec une section transversale claire et fixe.

4- Séchage

C'est un procédé qui consiste à contrôler l'évaporation de l'eau et les contractions qu'elle produit dans la pièce.

C'est une phase critique du processus car il dépend de lui que la pièce conserve sa forme.

5- Cuisson

A partir de cette phase, le "gâteau" est obtenu. Dans ce processus, la composition chimique de l'argile est modifiée pour la rendre cassante mais poreuse à l'eau.

Dans cette phase, la chaleur doit monter lentement jusqu'à ce qu'une température de 600 ° C soit atteinte. Après cette première phase, les décorations sont faites, quand elles veulent être faites.

Il est important de s'assurer que les pièces sont séparées à l'intérieur du four pour éviter toute déformation.

Propriétés des matériaux céramiques

Bien que les propriétés de ces matériaux dépendent largement de leur composition, ils partagent en général les propriétés suivantes:

• Structure en cristal. Cependant, il existe également des matériaux qui n'ont pas cette structure ou qui ne l'ont que dans certains secteurs.
• Ils ont une densité d'environ 2g / cm3.
• Ce sont des matériaux aux propriétés isolantes de l'électricité et de la chaleur.
• Ils ont un faible coefficient de dilatation.
• Ils ont un point de fusion élevé.
• Ils sont généralement étanches.
• Ils ne sont ni combustibles ni oxydables.
• Ils sont durs, mais fragiles et légers à la fois.
• Ils résistent à la compression, à l'usure et à la corrosion.
• Ils ont le gel ou la capacité de résister à de basses températures sans se détériorer.
• Ils ont une stabilité chimique.
• Ils nécessitent une certaine porosité.

Classification: types de matériaux céramiques

1- Céramique rouge

C'est le type d'argile le plus abondant. Il a une couleur rougeâtre due à la présence d'oxyde de fer.

Une fois cuit, il est composé d'aluminate et de silicate. C'est le moins traité de tous. S'il se fracture, le résultat est une terre rougeâtre. Il est perméable aux gaz, aux liquides et aux graisses.

Cette argile est couramment utilisée pour les briques et les sols. Sa température de cuisson varie de 700 à 1000 ° C, et peut être recouverte d'oxyde d'étain pour obtenir une faïence étanche. Les faïences italiennes et anglaises sont fabriquées avec différents types d'argile.

2- Céramique blanche

C'est un matériau plus pur, donc ils n'ont pas de taches. Leur granulométrie est plus contrôlée et ils sont généralement émaillés à l'extérieur pour améliorer leur imperméabilité.

Il est utilisé dans la fabrication d'articles sanitaires et de vaisselle. Ce groupe comprend:

Porcelaine

C'est un matériau à base de kaolin, un type d'argile très pure auquel du feldspath et du quartz ou du silex sont ajoutés.

La cuisson de ce matériau est réalisée en deux phases: dans la première phase, il est cuit à 1000 ou 1300 ° C; et dans la deuxième phase, 1800 ° C peuvent être atteints.

Les porcelaines peuvent être molles ou dures. Dans le cas des mous, la première phase de cuisson atteint 1000 ° C.

Il est ensuite sorti du four pour appliquer le glaçage. Et puis il retourne au four pour la deuxième phase dans laquelle une température minimale de 1250 ° C est appliquée.

Dans le cas des porcelaines dures, la deuxième phase de cuisson se fait à une température plus élevée: 1400 ° C ou plus.

Et si elle doit être décorée, la décoration définie est réalisée et mise au four, mais cette fois à environ 800 ° C.

Il a de multiples usages dans l'industrie pour fabriquer des objets à usage commercial (vaisselle, par exemple), ou pour des objets à usage plus spécialisé (comme l'isolation dans les transformateurs).

3- Réfractaire

C'est un matériau qui peut supporter des températures très élevées (jusqu'à 3000 ° C) sans se déformer. Ce sont des argiles qui ont de grandes proportions d'oxyde d'aluminium, de béryllium, de thorium et de zirconium.

Ils sont cuits entre 1300 et 1600 ° C, et doivent être refroidis progressivement pour éviter les ruptures, les fissures ou les contraintes internes.

La norme européenne DIN 51060 / ISO / R 836 établit qu'un matériau est réfractaire s'il se ramollit à une température minimale de 1500 ° C.

Les briques sont un exemple de ce type de matériau, utilisé pour la construction de fours.

4- Lunettes

Les verres sont des substances liquides à base de silicium qui se solidifient sous différentes formes lorsqu'ils refroidissent.

Différentes substances fondantes sont ajoutées à la base de silicium, selon le type de verre à fabriquer. Ces substances abaissent le point de fusion.

5- Ciments

C'est un matériau composé de calcaire et de calcium moulu, qui devient rigide une fois mélangé à un liquide (de préférence de l'eau) et qui se décantera. Lorsqu'il est mouillé, il peut être moulé à la forme souhaitée.

6- Abrasifs

Ce sont des minéraux avec des particules extrêmement dures et qui ont de l'oxyde d'aluminium et de la pâte de diamant, parmi leurs composants.

Matériaux céramiques spéciaux

Les matériaux céramiques sont résistants et durs mais sont également fragiles, c'est pourquoi des matériaux hybrides ou composites ont été développés avec une matrice en fibre de verre ou polymère plastique.

Des matériaux céramiques peuvent être utilisés pour développer ces hybrides. Ce sont des matériaux composés de dioxyde de silicium, d'oxyde d'aluminium et de certains métaux tels que le cobalt, le chrome et le fer.

Deux techniques sont utilisées dans l'élaboration de ces hybrides:

Le synthétisé

C'est la technique dans laquelle les poudres métalliques sont compactées.

Les alevins

Avec cette technique, l'alliage est obtenu en comprimant la poudre métallique avec le matériau céramique dans un four électrique.

Les céramiques dites matricielles composites (CMC) entrent dans cette catégorie. Ceux-ci peuvent être listés:

- carbures

Comme le tungstène, le titane, le silicium, le chrome, le bore ou le carbure de silicium renforcé de carbone.

- Nitrures

Tels que le silicium, le titane, l'oxynitrure de céramique ou le sialon.

-

Ce sont des matériaux céramiques aux propriétés électriques ou magnétiques.

Les 4 principales utilisations des matériaux céramiques

1- Dans l'industrie aérospatiale

Dans ce domaine, des composants légers résistants aux températures élevées et aux exigences mécaniques sont nécessaires.

2- En biomédecine

Dans ce domaine, ils sont utiles pour fabriquer des os, des dents, des implants, etc.

3- En électronique

Où ces matériaux sont utilisés pour fabriquer des amplificateurs laser, des fibres optiques, des condensateurs, des lentilles, des isolants, entre autres.

4- Dans l'industrie de l'énergie

C'est là que les matériaux céramiques peuvent donner lieu à des composants de combustibles nucléaires, par exemple.

Les 7 matériaux céramiques les plus remarquables

1- Alumine (Al2O3)

Il est utilisé pour contenir du métal fondu.

2- Nitrure d'aluminium (AIN)

Il est utilisé comme matériau pour les circuits intégrés et comme substitut à AI203.

3- Carbure de bore (B4C)

Il est utilisé pour fabriquer des armures nucléaires.

4- Carbure de silicium (SiC)

Il est utilisé pour revêtir les métaux, en raison de sa résistance à l'oxydation.

5- Nitrure de silicium (Si3N4)

Ils sont utilisés dans la fabrication de composants pour moteurs automobiles et turbines à gaz.

6- Borure de titane (TiB2)

Il participe également à la fabrication de boucliers.

7- Uranie (UO2)

Il sert de combustible aux réacteurs nucléaires.

Références

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