Propriétés des matériaux céramiques, types, utilisations, caractéristiques

Le matériaux céramiques Ils sont composés de solides inorganiques, métalliques ou non, soumis à la chaleur. Sa base est généralement de l'argile, mais il existe différents types de compositions différentes.

L'argile commune est une pâte céramique. De plus, l'argile rouge est un type de matériau céramique contenant des silicates d'aluminium parmi ses composants. Ces matériaux sont formés par un mélange de phases cristallines et / ou vitreuses.

S'ils sont constitués d'un monocristal, ils sont monophasiques. Ils sont polycristallins quand il y a beaucoup de 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 des anions.

Plus le nombre d'anions bordant le cation central est grand, plus le solide résultant sera stable.

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

L'origine du mot poterie se trouve dans le mot grec Keramikosdont la signification est "chose brûlée".

Traitement

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

1- Mélange et broyage des matières premières

C'est le processus dans lequel les matières premières sont combinées et l'on tente d'homogénéiser leur taille et leur distribution.

2- Conformation

Dans cette phase, la forme et la consistance sont données à la masse obtenue avec les matières premières. De cette façon, la densité du mélange augmente, 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 couramment l'un de ces processus est effectué:

Pressé

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 plusieurs pièces rapidement.

Moulage en barbonite

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

Extrusion

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

4- Séchage

C'est un processus 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 elle dépend de la forme de la pièce.

5- Cuisiner

À partir de cette phase, vous obtenez le "gâteau éponge". Dans ce processus, la composition chimique de l'argile est modifiée afin qu'elle soit fragile mais poreuse à l'eau.

Dans cette phase, la chaleur doit augmenter lentement jusqu'à atteindre une température de 600 ºC. 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 les déformations.

Propriétés

Bien que les propriétés de ces matériaux dépendent dans une large mesure de leur composition, ils partagent généralement les propriétés suivantes:

• Structure de cristal Cependant, il existe également des matériaux qui n’ont pas cette structure ou ne l’ont que dans certains secteurs.
• Ils ont une densité approximative de 2g / cm3.
• Il traite 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 imperméables.
• 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 détérioration.
• Ils ont une stabilité chimique.
• Ils nécessitent une certaine porosité.

Classification

1- Poterie rouge

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

Lorsqu'il est cuit, il est composé d'aluminate et de silicate. C'est le moins transformé 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 vaisselle stannifère. Les tuiles italiennes et anglaises sont fabriquées avec différents types d'argile.

2- Céramique blanche

C'est un matériau plus pur, c'est pourquoi ils n'ont pas de taches. Sa granulométrie est plus contrôlée et généralement vitrée sur sa face externe pour améliorer son imperméabilité.

Il est utilisé dans la fabrication d'équipements sanitaires et de vaisselle. Dans ce groupe entrez:

La porcelaine

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

La cuisson de ce matériau se fait en deux phases: dans la première phase, il est cuit à 1000 ou 1300 ° C; et dans la deuxième phase peut atteindre 1800 ° C

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

Ensuite, il est retiré du four pour appliquer l'émail. Et puis il retourne dans le 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 est effectuée à une température supérieure à 1400 ° C ou plus.

Et au cas où il va décorer, la décoration est définie et va au four, mais cette fois à 800 ° C environ.

Il a de multiples utilisations dans l'industrie pour élaborer des objets à usage commercial (vaisselle, par exemple) ou pour des objets d'usage plus spécialisé (comme isolants dans les transformateurs).

3- réfractaire

C'est un matériau qui peut résister à 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 défauts, 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- des lunettes

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

Différentes substances de flux sont ajoutées à la base de silicium, en fonction du type de verre que l'on souhaite fabriquer. Ces substances abaissent le point de fusion.

5- Ciments

C'est un matériau composé de calcaire et de calcium broyé, qui devient rigide une fois mélangé avec un liquide (de préférence de l'eau) et laissé au repos. Bien que humide, il peut être moulé à la forme souhaitée.

6- Abrasifs

Il s’agit de minéraux contenant des particules extrêmement dures et qui contiennent de l’oxyde d’aluminium et de la pâte de diamant.

Matériaux céramiques spéciaux

Les matériaux céramiques sont durs et durs, mais ils sont également fragiles. Ils ont donc développé des matériaux ou des composés hybrides avec une matrice de fibre de verre ou de polymère plastique.

Les matériaux céramiques peuvent être utilisés pour développer ces hybrides. Il s'agit de matériaux composés de dioxyde de silicium, d'oxyde d'aluminium et de certains métaux tels que le cobalt, le chrome et le fer.

Lors de l'élaboration de ces hybrides, deux techniques sont utilisées:

Le synthétisé

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

La fritte

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

Dans cette catégorie, on trouve les céramiques matricielles composites (CMC). Parmi ceux-ci peuvent être énumérés:

- carbures

Tels que le tungstène, le titane, le silicium, le chrome, le bore ou le carbure de silicium renforcé au carbone.

- nitrures

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

- Oxydes céramiques 

Comme l'alumine et la zircone.

- Électrocéramique

Ce sont des matériaux céramiques ayant des propriétés électriques ou magnétiques.

Les 4 principales utilisations des matériaux céramiques

1- Dans l'industrie aérospatiale

Dans cette branche, des composants légers résistants aux hautes températures et aux exigences mécaniques sont nécessaires.

2- En biomédecine

Dans cette zone, ils sont utiles pour la préparation des os, des dents, des implants, etc.

3- en électronique

Où ces matériaux sont utilisés pour la fabrication d'amplificateurs laser, de fibres optiques, de condensateurs, de lentilles, d'isolateurs, entre autres.

4- Dans l'industrie énergétique

C'est par exemple là où les matériaux céramiques peuvent aboutir à des composants de combustible nucléaire.

Les 7 matériaux céramiques les plus remarquables

1- Alumine (Al2O3)

Il est utilisé pour contenir du métal en fusion.

2- nitrure d'aluminium (AIN)

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

Carbure de bore 3 (B4C)

Il est utilisé pour fabriquer un blindage nucléaire.

4- carbure de silicium (SiC)

Il est utilisé pour enrober les métaux, pour sa résistance à l'oxydation.

5- nitrure de silicium (Si3N4)

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

6- Borate de Titane (TiB2)

Il participe également à la fabrication d'armures.

7- Urania (UO2)

Il sert de combustible pour les réacteurs nucléaires.

Références

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