Céramique industrielle

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Branche de la céramique destinée à ses applications industrielles, par opposition aux créations artisanales (poterie) ou artistiques (céramique d'art).

Sommaire

1 Propriétés des céramiques
2 Utilisations
3 Exemples de matériaux céramiques
4 Centres de formation
5 Liens

[modifier] Propriétés des céramiques

Les objets en céramique sont habituellement durs et résistants. Cependant, de petites imperfections dans la céramique peuvent rendre ces matériaux fragiles. Dans certaines conditions, comme des températures extrêmement basses, certaines céramiques deviennent des supraconducteurs.

Les céramiques peuvent garder leur solidité même à des températures très élevées. Elles ont généralement une conductivité thermique faible. Elles sont opaques (céramiques cristallines) ou translucides (verres amorphes), elles résistent à l'acide et sont très solides.

[modifier] Utilisations

Leur faible conductivité thermique font qu'elles sont utilisées comme isolants thermiques ou matériaux réfractaires, comme par exemple dans les tuiles du bouclier thermique des navettes spatiales ou dans l'aviation, pour recouvrir par exemple la structure métallique des aubes des turbines.

Dans les années 1980, l'entreprise Toyota a mis au point un moteur en céramique pouvant supporter une température supérieure à 3 300°C. Ce type de moteur n'a pas besoin d'être refroidi, il permet un gain de rendement et de poids très important par rapport aux moteurs à explosion classiques. Cependant, il n'est pas produit en grande série du fait de nombreuses difficultés industrielles (notamment du fait du degré de pureté nécessaire).

Les propriétés optiques de certaines céramiques permettent leur utilisation dans les lampes à vapeur métallique, dans des lasers, ainsi que dans des détecteurs infrarouge. Leur inertie chimique et leur bio-compatibilité en font des candidats valables pour les prothèses chirurgicales et dentaires. Les propriétés des céramiques peuvent également être utilisées pour réduire les frottements entre pièces mécaniques (roulements à billes céramiques par exemple) ou encore détecter des gaz, de l'humidité, agir comme catalyseur ou réaliser des électrodes.

[modifier] Exemples de matériaux céramiques

Pour les applications dans les domaines du frottement et de l'usure, voir le chapitre détaillé du Wikilivre de tribologie consacré aux matériaux utilisables pour le frottement.

alumine (oxyde d'aluminium Al₂O₃) : bonne tenue mécanique aux températures élevées, bonne conductivité thermique, grande résistivité électrique, grande dureté, bonne résistance à l'usure, inertie chimique.

Applications : isolateurs électriques, supports d'éléments chauffants, protections thermiques, éléments de broyage, composants mécaniques, bagues d'étanchéité.Prothèses dentaires

nitrure de silicium Si₃N₄ : grande dureté, bonne résistance à l'usure et à l'abrasion, bonne inertie chimique, bonne résistance aux chocs thermiques. Il existe deux types de nitrure de silicium : lié par nitruration de poudre de silicium comprimée ou par pressage de la poudre de nitrure de silicium à température élevée (frittage).

Applications : poudres abrasives, outils de coupe, réfractaire pour la sidérurgie, billes de roulement, bagues d'étanchéité pour le moulage des métaux, soupapes (automobile).

sialon : solution solide de nitrure de silicium, de nitrure d'aluminium et de d'oxyde d'aluminium.

carbure de bore B₄C.

Applications : blindage des tanks et des hélicoptères.

carbure de silicium ou carborundum SiC : grande dureté, bonne résistance aux chocs thermiques, grande conductivité thermique, faible dilatation thermique, excellente inertie chimique.

Applications : réfractaires, résistances chauffantes, outils de coupe, pièces de frottement, joints d'étanchéité des pompes à eau, support de catalyseur.

cordiérite (silicate alumineux ferro-magnésien) : bonne résistance aux chocs thermiques, bonne conductivité thermique.

Applications : isolants électriques, échangeurs thermiques, éléments chauffants

mullite Al₆Si₂O₁₃ : bonne résistance aux chocs thermiques, conductivité thermique faible, résistivité électrique importante.

Applications : produits réfractaires.

nitrure d'aluminium AlN : conductivité thermique élevée, bonne résistance électrique, transparent aux longueurs d'onde du visible et de l'infra-rouge.

Applications : circuits imprimés, colonnes thermiques, fenêtres pour radar, creusets pour la fonderie.

zircone (oxyde de zirconium ZrO₂) : excellentes propriétés mécaniques aux températures élevées, conductivité thermique faible à température ambiante, conducteur électrique à T > 1000°C, grande dureté, bonne résistance à l'usure, bonne inertie chimique, bonne résistance aux attaques des métaux. Il existe deux types : zircone non stabilisée, utilisée en tant qu'additif, matériau de revêtement, poudre abrasive ... et zircone stabilisée à l'yttrium (ZrO₂/Y₂O₃ = TZP) ou à la magnésie (ZrO₂/MgO = PSZ).

Applications : creusets, buses de coulée, éléments chauffants, revêtement anti-thermique, conducteurs ioniques.Prothèses dentaires

nitrure de bore NB : haute conductivité thermique, faible dilatation thermique, excellente résistance aux chocs thermiques, haute résistance diélectrique, faible constante diélectrique, inerte chimiquement, transparent aux micro-ondes, facilement usinable.

Applications : isolants électriques à très hautes températures, creusets pour la fonderie, garnitures de fours, gaines de thermocouples, supports de résistances, lubrifiant à haute température.

borure d'aluminium AlB₂.

Applications : matériau de renforcement dans les composites métalliques.

oxyde de magnésium MgO : résistance aux métaux fondus, bonne résistance mécanique.

Applications : traitement des matériaux piézoélectriques, réfractaires, composants optiques.

oxyde de zinc ZnO.

Applications : utilisé dans les diodes pour ses propriétés électriques. Voir Varistance

oxyde magnétique de fer Fe₃O₄.

Applications : utilisé dans les transformateurs et le stockage magnétique des données.

pérovskites : elles constituent une vaste famille de matériaux cristallins de formule (A)(B)O₃ comme Ba TiO₃, CaTiO₃, SrTiO₃ ou (PbSr)TiO₃, Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃

Applications : diélectriques pour la fabrication de condensateurs multicouches, thermistances, transducteurs piézoélectriques...

stéatite (silicate de magnésium (SiO₄)Mg₂) : bonne résistivité électrique.

Applications : isolants électriques.

silicates d'aluminium (argiles).

Applications :

céramiques du bâtiment : briques, tuiles, carreaux, éviers, bacs à douches, cuvette de WC, tuyaux...

céramiques des arts de la table, terre cuite, faïence, grès, porcelaine, assiettes, bols, plats...

céramiques artistiques : sculptures, terre cuites, vases, lampes...

oxyde d'uranium U O₂.

Applications : combustible dans les réacteurs nucléaires.

les verres, les émaux, certains types de ciments et de liants hydrauliques, sont souvent associés aux céramiques à cause de leurs propriétés et de leurs utilisations très comparables.