Céramique

Une céramique est l’un des divers matériaux durs, cassants, résistants à la chaleur et à la corrosion fabriqués en façonnant puis en cuisant un matériau inorganique non métallique, tel que l’argile , à haute température. ^{[1] [2]} Des exemples courants sont la faïence , la porcelaine et la brique .

Courte chronologie de la céramique dans différents styles

Les premières céramiques fabriquées par l’homme étaient des objets en poterie ( pots ou récipients ) ou des figurines en argile , seule ou mélangée à d’autres matériaux comme la silice , durcie et frittée au feu. Plus tard, les céramiques ont été émaillées et cuites pour créer des surfaces lisses et colorées, diminuant la porosité grâce à l’utilisation de revêtements céramiques vitreux et amorphes sur les substrats céramiques cristallins. ^[3] La céramique comprend désormais des produits domestiques, industriels et de construction, ainsi qu’une large gamme de matériaux développés pour être utilisés dans l’ingénierie céramique avancée, comme dans les semi- conducteurs.

Le mot « céramique » vient du mot grec κεραμικός ( keramikos ), « de poterie » ou « pour poterie » , ^[4] de κέραμος ( keramos ), « argile de potier, tuile, poterie » . ^[5] La première mention connue de la racine “ceram-“ est le grec mycénien ke-ra-me-we , ouvriers de la céramique écrits en écriture syllabique linéaire B. ^[6]Le mot céramique peut être utilisé comme adjectif pour décrire un matériau, un produit ou un procédé, ou il peut être utilisé comme nom, soit au singulier, soit plus communément, au pluriel “céramique”. ^[7]

Matériaux

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Une micrographie SEM à faible grossissement d’un matériau céramique avancé. Les propriétés de la céramique font de la fracturation une méthode d’inspection importante.

Le matériau céramique est un matériau inorganique non métallique à base d’oxyde, de nitrure ou de carbure. Certains éléments, comme le carbone ou le silicium , peuvent être considérés comme des céramiques. Les matériaux céramiques sont cassants, durs, résistants à la compression et faibles au cisaillement et à la tension. Ils résistent à l’érosion chimique qui se produit dans d’autres matériaux soumis à des environnements acides ou caustiques. La céramique peut généralement résister à des températures très élevées, allant de 1 000 °C à 1 600 °C (1 800 °F à 3 000 °F).

La cristallinité des matériaux céramiques varie considérablement. Le plus souvent, les céramiques cuites sont soit vitrifiées , soit semi-vitrifiées comme c’est le cas de la faïence, du grès et de la porcelaine. La cristallinité et la composition électroniques variables dans les liaisons ioniques et covalentes font que la plupart des matériaux céramiques sont de bons isolants thermiques et électriques (recherchés en génie céramique ). Avec un éventail aussi large d’options possibles pour la composition/structure d’une céramique (presque tous les éléments, presque tous les types de collage et tous les niveaux de cristallinité), l’étendue du sujet est vaste et les attributs identifiables ( dureté , ténacité ,conductivité électrique ) sont difficiles à préciser pour l’ensemble du groupe. Les propriétés générales telles qu’une température de fusion élevée, une dureté élevée, une mauvaise conductivité, des modules d’élasticité élevés , une résistance chimique et une faible ductilité sont la norme, ^[8] avec des exceptions connues à chacune de ces règles ( céramique piézoélectrique , température de transition vitreuse, céramique supraconductrice ) . De nombreux composites, tels que la fibre de verre et la fibre de carbone , bien que contenant des matériaux céramiques, ne sont pas considérés comme faisant partie de la famille des céramiques. ^[9]

Les matériaux céramiques cristallins hautement orientés ne se prêtent pas à une large gamme de traitements. Les méthodes pour les traiter ont tendance à appartenir à l’une des deux catégories suivantes – soit fabriquer la céramique dans la forme souhaitée, par réaction in situ , soit en “formant” des poudres dans la forme souhaitée, puis en les frittant pour former un corps solide. Les techniques de formage de la céramique comprennent le façonnage à la main (comprenant parfois un processus de rotation appelé “lancer”), le coulage en barbotine, le coulage en bande (utilisé pour fabriquer des condensateurs céramiques très fins), le Moulage par injection , le pressage à sec et d’autres variantes.

De nombreux experts en céramique ne considèrent pas les matériaux à caractère Amorphe (non cristallin) (c’est-à-dire le verre) comme des céramiques, même si la fabrication du verre implique plusieurs étapes du processus céramique et que ses propriétés mécaniques sont similaires à celles des matériaux céramiques. Cependant, les traitements thermiques peuvent transformer le verre en un matériau semi-cristallin appelé vitrocéramique . ^{[10] [11]}

Les matières premières céramiques traditionnelles comprennent des minéraux argileux tels que la kaolinite , tandis que les matériaux plus récents comprennent l’oxyde d’aluminium, plus communément appelé Alumine . Les matériaux céramiques modernes, qui sont classés comme céramiques avancées, comprennent le carbure de silicium et le carbure de tungstène . Les deux sont appréciés pour leur résistance à l’abrasion et trouvent donc une utilisation dans des applications telles que les plaques d’usure des équipements de concassage dans les opérations minières. Les céramiques avancées sont également utilisées dans les industries de la médecine, de l’électricité, de l’électronique et des gilets pare-balles.

Histoire

Les êtres humains semblent fabriquer leurs propres céramiques depuis au moins 26 000 ans, soumettant l’argile et la silice à une chaleur intense pour fusionner et former des matériaux céramiques. Les premiers trouvés jusqu’à présent se trouvaient dans le sud de l’Europe centrale et étaient des personnages sculptés, pas des plats. ^[12] La première poterie connue a été fabriquée en mélangeant des produits animaux avec de l’argile et cuite dans des fours jusqu’à 800°C. Alors que de véritables fragments de poterie ont été trouvés jusqu’à 19 000 ans, ce n’est qu’environ dix mille ans plus tard que la poterie ordinaire est devenue courante. Un des premiers peuples qui s’est répandu dans une grande partie de l’Europe porte le nom de son utilisation de la poterie, la culture Corded Ware . Ces premiers indo-européensles peuples décoraient leur poterie en l’enveloppant de corde, alors qu’elle était encore humide. Lorsque la céramique a été cuite, la corde a brûlé mais a laissé un motif décoratif de rainures complexes sur la surface.

Poterie de culture Corded-Ware de 2500 av.

L’invention de la roue a finalement conduit à la production d’une poterie plus lisse et plus uniforme en utilisant la technique de formation de roue, comme la roue de poterie . Les premières céramiques étaient poreuses et absorbaient facilement l’eau. Il est devenu utile pour plus d’articles avec la découverte des techniques d’ émaillage , le revêtement de la poterie avec du silicium, de la cendre d’os ou d’autres matériaux qui pourraient fondre et se reformer en une surface vitreuse, rendant un récipient moins perméable à l’eau.

Archéologie

Les artefacts en céramique jouent un rôle important en archéologie pour comprendre la culture, la technologie et le comportement des peuples du passé. Ils font partie des artefacts les plus courants que l’on trouve sur un site archéologique, généralement sous la forme de petits fragments de poterie brisée appelés tessons . Le traitement des tessons collectés peut être cohérent avec deux grands types d’analyses : technique et traditionnelle.

L’analyse traditionnelle consiste à trier les artefacts en céramique, les tessons et les fragments plus gros en types spécifiques en fonction du style, de la composition, de la fabrication et de la morphologie. En créant ces typologies, il est possible de distinguer entre les différents styles culturels, le but de la céramique et l’état technologique des personnes, entre autres conclusions. En outre, en examinant les changements stylistiques de la céramique au fil du temps, il est possible de séparer (sérier) les céramiques en groupes diagnostiques distincts (assemblages). Une comparaison des artefacts en céramique avec des assemblages datés connus permet une affectation chronologique de ces pièces. ^[13]

L’approche technique de l’analyse de la céramique implique un examen plus fin de la composition des artefacts et des tessons de céramique pour déterminer la source du matériau et à travers cela le site de fabrication possible. Les critères clés sont la composition de l’argile et l’ étatutilisé dans la fabrication de l’article à l’étude : l’état est un matériau ajouté à l’argile lors de la phase initiale de production, et il est utilisé pour faciliter le processus de séchage ultérieur. Les types de tempérament comprennent des morceaux de coquillages, des fragments de granit et des morceaux de tessons broyés appelés « grog ». La trempe est généralement identifiée par un examen microscopique du matériau trempé. L’identification de l’argile est déterminée par un processus de recuisson de la céramique et d’attribution d’une couleur à l’aide de la notation Munsell Soil Color. En estimant à la fois les compositions d’argile et d’état et en localisant une région où les deux sont connus pour se produire, une attribution de la source de matériau peut être faite. À partir de l’attribution de la source de l’artefact, d’autres investigations peuvent être effectuées sur le site de fabrication.

Propriétés

Les propriétés physiques de toute substance céramique sont le résultat direct de sa structure cristalline et de sa composition chimique. La chimie du solide révèle le lien fondamental entre la microstructure et les propriétés, telles que les variations localisées de densité, la distribution granulométrique, le type de porosité et la teneur en seconde phase, qui peuvent toutes être corrélées avec les propriétés céramiques telles que la résistance mécanique σ par le Hall- Équation de Petch, dureté , ténacité , Constante diélectrique et propriétés optiques des Matériaux transparents .

La céramographie est l’art et la science de la préparation, de l’examen et de l’évaluation des microstructures céramiques. L’évaluation et la caractérisation des microstructures céramiques sont souvent mises en œuvre à des échelles spatiales similaires à celles couramment utilisées dans le domaine émergent des nanotechnologies : de la dizaine d’ ångströms (Å) à la dizaine de micromètres (μm). C’est généralement quelque part entre la longueur d’onde minimale de la lumière visible et la limite de résolution de l’œil nu.

La microstructure comprend la plupart des grains, des phases secondaires, des joints de grains, des pores, des microfissures, des défauts structurels et des micro-indentations de dureté. La plupart des propriétés mécaniques, optiques, thermiques, électriques et magnétiques en vrac sont significativement affectées par la microstructure observée. La méthode de fabrication et les conditions de traitement sont généralement indiquées par la microstructure. La cause fondamentale de nombreuses défaillances de la céramique est évidente dans la microstructure clivée et polie. Les propriétés physiques qui constituent le domaine de la science et de l’ ingénierie des matériaux comprennent les éléments suivants :

Propriétés mécaniques

Disques à tronçonner en carbure de silicium

Les propriétés mécaniques sont importantes dans les matériaux de structure et de construction ainsi que dans les tissus textiles. Dans la science moderne des matériaux , la mécanique de la rupture est un outil important pour améliorer les performances mécaniques des matériaux et des composants. Il applique la physique des contraintes et déformations , en particulier les théories de l’ élasticité et de la plasticité , aux Défauts cristallographiques microscopiques rencontrés dans les matériaux réels afin de prédire la défaillance mécanique macroscopique des corps. La fractographie est largement utilisée avec la mécanique de la rupture pour comprendre les causes des défaillances et également vérifier la défaillance théoriqueprédictions avec des échecs réels.

Les matériaux céramiques sont généralement des matériaux à Liaison ionique ou covalente . Un matériau maintenu ensemble par l’un ou l’autre type de liaison aura tendance à se fracturer avant toute Déformation plastique , ce qui entraîne une mauvaise ténacité de ces matériaux. De plus, comme ces matériaux ont tendance à être poreux, les pores et autres imperfections microscopiques agissent comme des concentrateurs de contraintes , diminuant davantage la ténacité et réduisant la Résistance à la traction . Ceux-ci se combinent pour donner des défaillances catastrophiques , par opposition aux modes de défaillance plus ductiles des métaux.

Ces matériaux présentent une Déformation plastique . Cependant, en raison de la structure rigide du matériau cristallin, il existe très peu de systèmes de glissement disponibles pour que les dislocations se déplacent, et elles se déforment donc très lentement.

Pour surmonter le comportement fragile, le développement des matériaux céramiques a introduit la classe des matériaux composites à matrice céramique , dans lesquels des fibres céramiques sont intégrées et avec des revêtements spécifiques forment des ponts de fibres à travers toute fissure. Ce mécanisme augmente sensiblement la ténacité à la rupture de telles céramiques. Les freins à disque en céramique sont un exemple d’utilisation d’un matériau composite à matrice céramique fabriqué selon un procédé spécifique.

Glaçage pour des propriétés mécaniques améliorées

Si la céramique est soumise à une charge mécanique importante, elle peut subir un processus appelé ice-template , qui permet un certain contrôle de la microstructure du produit céramique et donc un certain contrôle des propriétés mécaniques. Les ingénieurs céramistes utilisent cette technique pour ajuster les propriétés mécaniques à l’application souhaitée. Plus précisément, la résistance est augmentée lorsque cette technique est employée. Le modelage de glace permet la création de pores macroscopiques dans un arrangement unidirectionnel. Les applications de cette technique de renforcement à l’oxyde sont importantes pour les piles à combustible à oxyde solide et les dispositifs de filtration d’eau . ^{[ clarification nécessaire ] [citation nécessaire ]}

Pour traiter un échantillon à travers la modélisation de la glace, une suspension colloïdale aqueuse est préparée pour contenir la poudre de céramique dissoute uniformément dispersée dans tout le colloïde, ^{[ clarification nécessaire ]} par exemple la zircone stabilisée à l’Yttria (YSZ). La solution est ensuite refroidie de bas en haut sur une plate-forme qui permet un refroidissement unidirectionnel. Cela force la glaceles cristaux se développent conformément au refroidissement unidirectionnel et ces cristaux de glace forcent les particules YSZ dissoutes vers le front de solidification de la limite d’interphase solide-liquide, ce qui donne des cristaux de glace purs alignés unidirectionnellement le long de poches concentrées de particules colloïdales. L’échantillon est ensuite chauffé simultanément et la pression est suffisamment réduite pour forcer les cristaux de glace à se sublimer et les poches YSZ commencent à se recuire ensemble pour former des microstructures céramiques macroscopiquement alignées. L’échantillon est ensuite encore fritté pour compléter l’ évaporation de l’eau résiduelle et la consolidation finale de la microstructure céramique. ^{[ citation nécessaire ]}

Lors de la modélisation de la glace, quelques variables peuvent être contrôlées pour influencer la taille des pores et la morphologie de la microstructure. Ces variables importantes sont la charge initiale en solides du colloïde, la vitesse de refroidissement, la température et la durée de frittage, et l’utilisation de certains additifs qui peuvent influencer la morphologie microstructurale au cours du processus. Une bonne compréhension de ces paramètres est essentielle pour comprendre les relations entre le traitement, la microstructure et les propriétés mécaniques des matériaux anisotropiquement poreux. ^[14]

Propriétés électriques

Semi-conducteurs

Certaines céramiques sont des semi- conducteurs . La plupart d’entre eux sont des Oxydes de métaux de transition qui sont des semi-conducteurs II-VI, tels que l’oxyde de zinc . Bien qu’il existe des perspectives de production de masse de LED bleues à partir d’oxyde de zinc, les céramistes s’intéressent surtout aux propriétés électriques qui montrent les effets des joints de grains . L’une des plus utilisées est la varistance. Ce sont des appareils qui présentent la propriété que la résistance chute brusquement à une certaine tension de seuil . Une fois que la tension aux bornes de l’appareil atteint le seuil, il y a un claquage de la structure électrique ^{[ clarification nécessaire ]}au voisinage des joints de grains, ce qui fait chuter sa résistance électrique de quelques mégohms à quelques centaines d’ ohms . L’avantage majeur de ceux-ci est qu’ils peuvent dissiper beaucoup d’énergie et qu’ils se réinitialisent automatiquement. après que la tension aux bornes de l’appareil tombe en dessous du seuil, sa résistance redevient élevée. Cela les rend idéales pour les applications de protection contre les surtensions ; comme il y a un contrôle sur la tension de seuil et la tolérance énergétique, ils trouvent une utilisation dans toutes sortes d’applications. La meilleure démonstration de leur capacité se trouve dans les sous- stations électriques , où ils sont employés pour protéger l’infrastructure de la foudre .grèves. Ils ont une réponse rapide, nécessitent peu d’entretien et ne se dégradent pas sensiblement à l’usage, ce qui en fait des appareils pratiquement idéaux pour cette application. Les céramiques semi-conductrices sont également utilisées comme capteurs de gaz . Lorsque divers gaz passent sur une céramique polycristalline, sa résistance électrique change. En s’adaptant aux mélanges de gaz possibles, des appareils très peu coûteux peuvent être produits.

Supraconductivité L’ effet Meissner démontré en faisant léviter un aimant au-dessus d’un supraconducteur cuprate, qui est refroidi par de l’azote liquide

Dans certaines conditions, telles qu’une température extrêmement basse, certaines céramiques présentent une supraconductivité à haute température . ^{[ clarification nécessaire ]} La raison n’est pas comprise, mais il existe deux grandes familles de céramiques supraconductrices.

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Recyclage

May 21, 2022

Ferroélectricité et surensembles

La piézoélectricité , un lien entre la réponse électrique et mécanique, est présentée par un grand nombre de matériaux céramiques, y compris le quartz utilisé pour mesurer le temps dans les montres et autres appareils électroniques. De tels appareils utilisent les deux propriétés des piézoélectriques, utilisant l’électricité pour produire un mouvement mécanique (alimentant l’appareil) puis utilisant ce mouvement mécanique pour produire de l’électricité (générant un signal). L’unité de temps mesurée est l’intervalle naturel nécessaire pour que l’électricité soit convertie en énergie mécanique et inversement.

L’effet piézoélectrique est généralement plus fort dans les matériaux qui présentent également de la pyroélectricité , et tous les matériaux pyroélectriques sont également piézoélectriques. Ces matériaux peuvent être utilisés pour inter-convertir entre l’énergie thermique, mécanique ou électrique; par exemple, après synthèse dans un four, un cristal pyroélectrique qu’on laisse refroidir sans contrainte appliquée accumule généralement une charge statique de milliers de volts. De tels matériaux sont utilisés dans les capteurs de mouvement , où la petite élévation de température d’un corps chaud entrant dans la pièce est suffisante pour produire une tension mesurable dans le cristal.

À son tour, la pyroélectricité est observée le plus fortement dans les matériaux qui affichent également l’ effet ferroélectrique , dans lesquels un dipôle électrique stable peut être orienté ou inversé en appliquant un champ électrostatique. La pyroélectricité est également une conséquence nécessaire de la ferroélectricité. Cela peut être utilisé pour stocker des informations dans des condensateurs ferroélectriques , des éléments de la RAM ferroélectrique .

Les matériaux les plus courants sont le titanate de zirconate de plomb et le titanate de baryum . Outre les utilisations mentionnées ci-dessus, leur forte réponse piézoélectrique est exploitée dans la conception de haut- parleurs haute fréquence , de transducteurs pour sonar et d’actionneurs pour les microscopes à force atomique et à effet tunnel .

Coefficient thermique positif Propulseur de fusée en nitrure de silicium. Gauche : monté sur un banc d’essai. À droite : En cours de test avec des propulseurs H ₂ /O ₂

Les augmentations de température peuvent faire que les joints de grains deviennent soudainement isolants dans certains matériaux céramiques semi-conducteurs, principalement des mélanges de titanates de métaux lourds . La température de transition critique peut être ajustée sur une large plage par des variations de la chimie. Dans de tels matériaux, le courant traversera le matériau jusqu’à ce que le chauffage par joule l’ amène à la température de transition, moment auquel le circuit sera interrompu et le flux de courant cessera. De telles céramiques sont utilisées comme éléments chauffants autocontrôlés dans, par exemple, les circuits de dégivrage de lunette arrière d’automobiles.

A la température de transition, la réponse diélectrique du matériau devient théoriquement infinie. Alors qu’un manque de contrôle de la température exclurait toute utilisation pratique du matériau près de sa température critique, l’effet diélectrique reste exceptionnellement fort même à des températures beaucoup plus élevées. Les titanates avec des températures critiques bien inférieures à la température ambiante sont devenus synonymes de “céramique” dans le contexte des condensateurs céramiques pour cette raison.

Propriétés optiques

Lampe à arc au xénon Cermax avec fenêtre de sortie en saphir synthétique

Les matériaux optiquement transparents se concentrent sur la réponse d’un matériau aux ondes lumineuses entrantes d’une gamme de longueurs d’onde. Des filtres optiques sélectifs en fréquence peuvent être utilisés pour modifier ou améliorer la luminosité et le contraste d’une image numérique. La transmission guidée des ondes lumineuses via des guides d’ ondes sélectifs en fréquence implique le domaine émergent de la fibre Optique et la capacité de certaines compositions vitreuses en tant que support de transmission pour une gamme de fréquences simultanément ( fibre Optique multimode ) avec peu ou pas d’ interférence entre les longueurs d’ onde ou les fréquences concurrentes . Ce mode de résonance de l’énergieet la transmission de données via la propagation d’ondes électromagnétiques (lumineuses) , bien que de faible puissance, est pratiquement sans perte. Les guides d’ondes optiques sont utilisés comme composants dans les circuits optiques intégrés (par exemple , les diodes électroluminescentes , les LED) ou comme support de transmission dans les systèmes de communication Optique locaux et longue distance . La sensibilité des matériaux au rayonnement dans la partie infrarouge thermique (IR) du spectre électromagnétique est également intéressante pour le scientifique des matériaux émergents . Cette capacité de recherche de chaleur est responsable de phénomènes optiques aussi divers que la vision nocturne et la luminescence infrarouge .

Ainsi, le secteur militaire a de plus en plus besoin de matériaux robustes et à haute résistance capables de transmettre la lumière ( ondes électromagnétiques ) dans les régions visible (0,4 à 0,7 micromètre) et infrarouge moyen (1 à 5 micromètres). le spectre. Ces matériaux sont nécessaires pour les applications nécessitant une armure transparente , y compris les missiles et nacelles à grande vitesse de nouvelle génération , ainsi que la protection contre les engins explosifs improvisés (EEI).

Dans les années 1960, les scientifiques de General Electric (GE) ont découvert que dans de bonnes conditions de fabrication, certaines céramiques, en particulier l’oxyde d’aluminium (Alumine), pouvaient être rendues translucides . Ces matériaux translucides étaient suffisamment transparents pour être utilisés pour contenir le plasma électrique généré dans les lampadaires au sodium à haute pression . Au cours des deux dernières décennies, d’autres types de céramiques transparentes ont été développés pour des applications telles que les cônes de nez pour les missiles à recherche de chaleur , les fenêtres pour les avions de chasse et les compteurs à scintillation pour la tomodensitométrie . scanners. D’autres matériaux céramiques, nécessitant généralement une plus grande pureté dans leur composition que ceux ci-dessus, comprennent des formes de plusieurs composés chimiques, notamment :

Titanate de baryum : (souvent mélangé avec du titanate de strontium ) affiche de la ferroélectricité , ce qui signifie que ses réponses mécaniques, électriques et thermiques sont c
Sialon ( oxynitrure d’aluminium et de silicium ) a une résistance élevée; résistance aux chocs thermiques, aux produits chimiques et à l’usure, et faible densité. Ces céramiques sont utilisées dans la manipulation de métaux en fusion non ferreux, les broches de soudure et l’industrie chimique.
Le carbure de silicium (SiC) est utilisé comme suscepteur dans les fours à micro-ondes, un abrasif couramment utilisé et comme matériau réfractaire .
Le nitrure de silicium (Si ₃N ₄ ) est utilisé commepoudre abrasive .
La stéatite (silicates de magnésium) est utilisée comme isolant électrique .
Carbure de titane Utilisé dans les boucliers de rentrée des navettes spatiales et les montres anti-rayures.
Oxyde d’uranium ( U O ₂ ) , utilisé comme combustible dans les réacteurs nucléaires .
Oxyde de cuivre et de baryum yttrium (Y Ba ₂Cu ₃O _7−x ) , un autre supraconducteur à haute température.
Oxyde de zinc ( Zn O) , qui est un semi- conducteur , et utilisé dans la construction de varistances .
Le dioxyde de zirconium (zircone) , qui sous forme pure subit de nombreux changements de phase entre la température ambiante et les températures de frittage pratiques , peut être chimiquement “stabilisé” sous plusieurs formes différentes. Sa conductivité élevée des ions oxygène le recommande pour une utilisation dans les piles à combustible et les capteurs d’oxygène automobiles. Dans une autre variante, des structures métastables peuvent conférer une trempe par transformation pour des applications mécaniques ; couteau le plus en céramiqueles lames sont faites de ce matériau. La zircone partiellement stabilisée (PSZ) est beaucoup moins fragile que les autres céramiques et est utilisée pour les outils de formage des métaux, les vannes et les revêtements, les boues abrasives, les couteaux de cuisine et les roulements soumis à une abrasion sévère. ^[15]

Couteau de cuisine avec une lame en céramique

Des produits

Par utilisation

Pour plus de commodité, les produits céramiques sont généralement divisés en quatre types principaux ; ceux-ci sont présentés ci-dessous avec quelques exemples :

Structurel, y compris les briques , les tuyaux , les tuiles de sol et de toit
Réfractaires , tels que les revêtements de four , les radiants à gaz, les creusets en acier et en verre
Vaisselle blanche, y compris vaisselle , ustensiles de cuisine, carreaux muraux, produits de poterie et articles sanitaires ^[16]
Technique, également connue sous le nom de céramique d’ingénierie, avancée, spéciale et fine. Ces éléments comprennent :
1. buses de brûleur à gaz
2. protection balistique , blindage de véhicule
3. pastilles d’oxyde d’uranium combustible nucléaire
4. implants biomédicaux
5. revêtements d’ aubes de turbine de moteur à réaction
6. Pièces de turbine à gaz en composite à matrice céramique
7. Freins à disque en carbone- céramique renforcés
8. cônes de nez de missile
9. roulement (mécanique)
10. tuiles utilisées dans le programme de la navette spatiale

Céramique à base d’argile

Souvent, les matières premières de la céramique moderne ne comprennent pas d’argiles. ^[17] Ceux qui le font sont classés comme suit :

Faïence , cuite à des températures plus basses que les autres types
Grès , vitreux ou semi-vitreux
Porcelaine , qui contient une forte teneur en kaolin
Porcelaine

Classification

La céramique peut également être classée en trois catégories de matériaux distinctes :

Oxydes : Alumine , béryllium , cérine , zircone
Non-oxydes : carbure , borure , nitrure , siliciure
Matériaux composites : renforcés de particules, renforcés de fibres , combinaisons d’ oxydes et de non-oxydes.

Chacune de ces classes peut être développée en propriétés matérielles uniques.

Applications

Lames de couteau : la lame d’un couteau en céramique restera tranchante beaucoup plus longtemps que celle d’un couteau en acier, bien qu’elle soit plus cassante et susceptible de se casser.
Disques de frein en carbone-céramique : pour les véhicules, ils résistent à la décoloration des freins à haute température.
Des ” matrices composites céramiques et métalliques avancées” ont été conçues pour la plupart des véhicules de combat blindés modernes car elles offrent une résistance à la pénétration supérieure contre les charges creuses ( cartouches HEAT ) et les pénétrateurs à énergie cinétique .
“Des céramiques telles que l’Alumine et le carbure de bore “ ont été utilisées dans les gilets pare-balles pour repousser les tirs de fusil à grande vitesse . Ces plaques sont communément appelées inserts de protection pour armes légères ou SAPI. Un matériau similaire est utilisé pour protéger les cockpits de certains avions militaires, en raison du faible poids du matériau.
La céramique peut être utilisée à la place de l’acier pour les roulements à billes . Leur dureté plus élevée signifie qu’ils sont beaucoup moins sensibles à l’usure et durent généralement le triple de la durée de vie d’une pièce en acier. Ils se déforment également moins sous la charge, ce qui signifie qu’ils ont moins de contact avec les parois de retenue des roulements et peuvent rouler plus rapidement. Dans les applications à très haute vitesse, la chaleur du frottement lors du laminage peut causer des problèmes pour les roulements métalliques, qui sont réduits par l’utilisation de la céramique. La céramique est également plus résistante aux produits chimiques et peut être utilisée dans des environnements humides où les roulements en acier rouilleraient. Dans certains cas, leurs propriétés d’isolation électrique peuvent également être utiles dans les roulements. Deux inconvénients des roulements en céramique sont un coût nettement plus élevé et une sensibilité aux dommages sous les charges de choc.
Au début des années 1980, Toyota a étudié la production d’un moteur adiabatique utilisant des composants en céramique dans le domaine des gaz chauds. La céramique aurait permis des températures supérieures à 1650°C. Les avantages attendus auraient été des matériaux plus légers et un système de refroidissement plus petit (ou pas besoin du tout), conduisant à une réduction de poids importante. L’augmentation attendue du rendement énergétique du moteur (causée par la température plus élevée, comme le montre le théorème de Carnot ) n’a pas pu être vérifiée expérimentalement; il a été constaté que le transfert de chaleur sur les parois chaudes du cylindre en céramique était supérieur au transfert vers une paroi métallique plus froide, car le film de gaz plus froid sur la surface métallique agit comme un isolant thermique. Ainsi, malgré toutes ces propriétés souhaitables, de tels moteurs n’ont pas réussi à être produits en raison des coûts des composants en céramique et des avantages limités. (De petites imperfections dans le matériau céramique avec sa faible ténacité à la rupture conduisent à des fissures, ce qui peut entraîner une défaillance potentiellement dangereuse de l’équipement.) De tels moteurs sont possibles en laboratoire, mais la production de masse n’est pas réalisable avec la technologie actuelle. ^{[ citation nécessaire ]}
Des travaux sont en cours sur le développement de pièces en céramique pour les moteurs à turbine à gaz . Actuellement, même les pales en alliages métalliques avancés utilisées dans la section chaude des moteurs nécessitent un refroidissement et une limitation soigneuse des températures de fonctionnement. Les moteurs à turbine fabriqués avec de la céramique pourraient fonctionner plus efficacement, donnant aux avions une plus grande autonomie et une plus grande charge utile pour une quantité de carburant définie.
Des progrès récents ont été réalisés dans les céramiques, notamment les biocéramiques , telles que les implants dentaires et les os synthétiques. L’hydroxyapatite , le composant minéral naturel de l’os, a été fabriquée synthétiquement à partir de plusieurs sources biologiques et chimiques et peut être transformée en matériaux céramiques. Les implants orthopédiques revêtus de ces matériaux se lient facilement aux os et aux autres tissus du corps sans rejet ni réactions inflammatoires et sont donc d’un grand intérêt pour la délivrance de gènes et l’ ingénierie tissulaireéchafaudages. La plupart des céramiques d’hydroxyapatite sont très poreuses et manquent de résistance mécanique, et sont utilisées pour revêtir des dispositifs orthopédiques métalliques pour aider à former une liaison à l’os ou comme charges osseuses. Ils sont également utilisés comme charges pour les vis orthopédiques en plastique pour aider à réduire l’inflammation et augmenter l’absorption de ces matières plastiques. Des travaux sont en cours pour fabriquer des matériaux céramiques d’hydroxyapatite nanocristallins solides et entièrement denses pour les appareils orthopédiques de mise en charge, en remplaçant les matériaux orthopédiques en métal étranger et en plastique par un minéral osseux synthétique, mais naturel. A terme, ces matériaux céramiques peuvent être utilisés comme substituts osseux ou avec l’incorporation de collagènes protéiques , des os synthétiques.
Les matériaux céramiques durables contenant des actinides ont de nombreuses applications telles que dans les combustibles nucléaires pour brûler l’excès de Pu et dans les sources chimiquement inertes d’irradiation alpha pour l’alimentation électrique des véhicules spatiaux sans pilote ou pour produire de l’électricité pour les dispositifs microélectroniques. L’utilisation et l’élimination des actinides radioactifs nécessitent leur immobilisation dans un matériau hôte durable. Les radionucléides à vie longue des déchets nucléaires tels que les actinides sont immobilisés à l’aide de matériaux cristallins chimiquement durables à base de céramiques polycristallines et de gros monocristaux. ^[18]
La céramique high-tech est utilisée en horlogerie pour la fabrication de boîtiers de montres. Le matériau est apprécié par les horlogers pour sa légèreté, sa résistance aux rayures, sa durabilité et sa douceur au toucher. IWC est l’une des marques qui a initié l’utilisation de la céramique en horlogerie. ^[19]

Voir également

Chimie céramique
Génie céramique – Science et technologie de création d’objets à partir de matériaux inorganiques et non métalliques
Nanoparticule de céramique
Composite à matrice céramique – Matériau composite constitué de fibres céramiques dans une matrice céramique
Art céramique – Objets décoratifs fabriqués à partir d’argile et d’autres matières premières par le procédé de la poterie
Fracture de la poterie

Références

^ Heimann, Robert B. (16 avril 2010). Céramiques classiques et avancées : des fondamentaux aux applications, Préface . ISBN 9783527630189. Archivé de l’original le 10 décembre 2020 . Récupéré le 30 octobre 2020 .
^ “le dictionnaire gratuit” . Archivé de l’original le 2020-08-03 . Récupéré le 03/08/2020 .
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Lectures complémentaires

Guy, John (1986). Guy, John (éd.). Céramiques de commerce oriental en Asie du Sud-Est, IXe au XVIe siècles: avec un catalogue de marchandises chinoises, vietnamiennes et thaïlandaises dans les collections australiennes (illustré, éd. révisé). Presse universitaire d’Oxford. ISBN 9780195825930. Récupéré le 24 avril 2014 .

Liens externes

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Citations de Wikiquote

Dolni Vestonice Vénus – La plus ancienne connaissait la statuette en céramique d’une figure féminine nue datée de 29 000 à 25 000 BP (industrie gravettienne). République Tchèque
Le Musée Gardiner – Le seul musée au Canada entièrement consacré à la céramique
Introduction, principes scientifiques, propriétés et traitement de la céramique
Advanced Ceramics – L’évolution, la classification, les propriétés, la production, la cuisson, la finition et la conception des céramiques avancées
Cerame-Unie, aisbl – Association européenne de l’industrie céramique
Science et technologie de la céramique