Technologie des matériaux et circuits électroniques

Technologie de base

• Module pour la 2ème année de licence
• Enseignant : N. BOUZEGZI
• Email: [email protected]
• Sujet : Technologie de Base

Définitions de la Technologie

• Étude des outils, machines, procédés et méthodes utilisés dans les branches industrielles.
• Ensemble cohérent de savoirs et de pratiques dans un domaine technique, basé sur des principes scientifiques.
• Théorie générale des techniques.

Technologie de base : Composantes

• Mécanique: Principes mécaniques pour la conception et la fabrication de systèmes mécaniques et d'équipements.
• Électronique: Connaissances fondamentales en électronique pour comprendre le fonctionnement des circuits et des systèmes intégrés.
• Physique: Lois et principes de la physique pour comprendre les phénomènes naturels et leur application dans la technologie.
• Mathématiques: Utilisation des mathématiques pour la modélisation, l'analyse de données, les algorithmes et d'autres aspects technologiques.

Ressources du Module - Informations pratiques

• Les chapitres du module (avec des séquences vidéo) sont disponibles sur le campus virtuel de l'Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene.
• Plateforme pédagogique : https://campusvirtuel.usthb.dz/course/

Programme du semestre

• Chapitre 1 : Matériaux: Métaux, alliages, essais mécaniques et désignation des matériaux.
• Chapitre 2 : Procédés d'obtention des pièces sans enlèvement de matière: Moulage, laminage, forgeage, estampage, tréfilage, extrusion, découpage, pliage et emboutissage, frittage, métallurgie des poudres.
• Chapitre 3 : Procédés d'obtention des pièces par enlèvement de matière: Tournage, fraisage, perçage, ajustage, etc.
• Chapitre 4 : Techniques d'assemblage: Boulonnage, rivetage, soudage, etc.

Chapitre 1 : Les Matériaux

• Objectifs : Acquisition de connaissances sur les familles de matériaux. Reconnaître les matériaux par leur désignation. Identifier les caractéristiques des matériaux.

Plan du Chapitre 1

• Notions sur les matériaux et leur classification
• Essais mécaniques des matériaux (essai de traction, essai de dureté, essai de résilience)
• Elaboration des matériaux métalliques (Fontes et Aciers)
• Désignation normalisée des matériaux
• (Alliages ferreux, Alliages non ferreux, Polymères, Céramiques)

Introduction

• Les progrès technologiques dépendent de l'évolution des matériaux.
• La conception d'un nouvel objet technique peut impliquer, la sélection d'un matériau existant ou la conception d'un nouveau matériau adapté à l'application.
• Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle, façonnée par l'homme pour produire des objets.

L'utilisation des matériaux

• Dépend des propriétés, disponibilité, coût et compatibilité avec l'environnement.
• Exemple : matériaux de la vie courante (bois, fer, plastique) et matériaux à hautes performances (PEI).

Propriétés recherchées des matériaux

• Mécaniques : Élasticité, plasticité, résistance à la rupture, ténacité, dureté, résistance à l'usure, tenue à la fatigue, etc.
• Chimiques : Résistance à l'oxydation, à la corrosion, stabilité, réactivité. diagrammes d'équilibre, etc.
• Physiques : Masse spécifique, conductibilité électrique, thermique, ionique, énergie de surface, chaleurs latentes de transformation, coefficients de dilatation thermique, indice de réfraction, etc.
• Caractéristiques de mise en œuvre : Usinabilité, soudabilité, trempabilité...
• Caractéristiques économiques : Prix, disponibilité...

Classification des matériaux

• Métaux (ferreux et non ferreux)
• Polymères (naturels et synthétiques)
• Céramiques
• Composites

Essais des matériaux

• Les propriétés mécaniques conditionnent la mise en forme et le comportement des matériaux, donc leur choix pour des applications industrielles;
• Essais mécaniques (traction, Dureté, Résilience) sont nécessaires à la mesure physique des propriétés des matériaux.

Propriétés mécaniques

• Résistance : Caractérise la contrainte maximale que peut supporter un matériau avant rupture.
• Dureté : Résistance d'un matériau à la pénétration.
• Ductilité : Capacité du matériau à se déformer de manière irréversible avant rupture.
• Rigidité : Fonction de l'intensité des liaisons entre les atomes ou molécules (module d'Young).
• Ténacité : Capacité d'un matériau à emmagasiner de l'énergie avant rupture.

Essai de traction

• Essai mécanique standard pour déterminer le comportement mécanique d'un matériau.
• Une éprouvette est placée entre les mâchoires d'une machine de traction et tirée jusqu'à rupture.
• La force et l'allongement sont enregistrés.

Courbe conventionnelle de traction

• Représente la relation entre la contrainte et la déformation.
• Permet de déterminer les caractéristiques mécaniques comme la limite élastique (Re), la résistance à la traction (Rm), l'allongement à la rupture (A%), le coefficient de striction (Z%).

Essais de compression

• Utilisés pour les matériaux fragiles (béton, céramique) pour déterminer les contraintes de rupture.
• L'éprouvette est soumise à une charge compressive.

Essai de flexion

• Utilisé pour les matériaux ductiles (alliages, polymères), pour déterminer les propriétés de résistance aux forces de flexion.
• L'éprouvette est placée sur deux appuis.

Connaissance Familles de matériaux

• Métaux (issus de minerai)
• Organiques (issus de végétaux et animaux et pétrole)
• Céramiques (argile, sable)

Classification et types de matériaux, exemples

• Métaux et leurs alliages: Or, Cuivre, Aluminium, Acier, Bronze, Laiton, Zinc
• Polymères: Nylon, Plexiglas, Bois, Caoutchouc synthétiques
• Céramiques: Brique rouge, Porcelaine, Verre
• Composites: ( matériaux qui combinent au moins deux types de matériaux)

Exercices de classification de matériaux.

• Classification de plusieurs matériaux suivant leurs familles: ex. : Aluminium, Nylon, bois, acier etc.
• Calcul de coefficient de striction après rupture (Z%) d'une éprouvette métallique.
• Calcul de la section initiale d'une éprouvette pour relation donnée Lo=k(So)1/2
• Calcul de l'effort enregistré à la limite élastique avec la résistance maximale à la traction.
• Calcul de la dureté selon les différents essais (Brinell, Vickers, Rockwell).
• Calcul de la résilience d'une éprouvette selon la méthode de Charpy.

Elaboration des matériaux métalliques

• La plupart des matériaux métalliques proviennent de minerais.
• Classification des minerais selon leurs combinaisons (oxydes, carbonates, sulfures, silicates).
• Types d'oxydes de fer (hématite, magnétite, limonite, sidérite, pyrite).
• Définition des fontes et des aciers (pourcentage de carbone).
• Autres alliages non ferreux (aluminium et ses alliages, cuivre et ses alliages, zinc et ses alliages, magnésium et ses alliages).
• Méthodes d'élaboration (sidérurgie : haut fourneau, convertisseur).
• Le processus de fabrication d'alliages ferreux (fonte et acier). - Types et méthodes de fabrication d'aciers et de fonte ( filière fonte, filière ferraille).

Désignation normalisée des matériaux métalliques

• Aciers (non alliés, alliés faiblement, alliés fortement).
• Fontes (à graphite lamellaire, à graphite sphéroïdal, malléables).

Autres points importants

• Différentes méthodes de caractérisation des matériaux (essais mécaniques : traction, flexion, compression).
• Importances des différents paramètres dans les essais.
• Facteurs importants pour la choix des différents matériaux (propriétés physiques, mécaniques, chimiques, et économiques).