Céramique PDF

Ch./partie 3: les céramiques et verres  Céramique : du grec keramon "argile" Le mot céramique vient du terme grec "Keramikos", qui veut dire de l'argile cuite, qui est destinée principalement à la poterie et aux briques. On distingue deux types de céramiques : celles dites traditionnelles et cell...

Ch./partie 3: les céramiques et verres  Céramique : du grec keramon "argile" Le mot céramique vient du terme grec "Keramikos", qui veut dire de l'argile cuite, qui est destinée principalement à la poterie et aux briques. On distingue deux types de céramiques : celles dites traditionnelles et celles dites techniques (industrielles) l'argile cuite ou / Terre cuite Céramiques traditionnelles Les céramiques traditionnelles s'obtiennent à partir de la cuisson de l'argile avec le sable et le feldspath (responsable de la porosité). Lorsqu’on voit une céramique traditionnelle sous le microscope on observe trois constituants: feldspath  -Caractéristiques des céramiques Propriétés Propriétés physiques Propriétés chimiques mécaniques Excellents isolants Grande inertie électriques chimique Une grande résistance Résistant aux chocs mécanique Résistance à la thermiques Absence de ductilité et corrosion Faible conductivité de tenacité thermique Une forte dureté Réfractaire Fragile Température de fusion Une résistance élevée à très élevée l’usure -Définition Terre et roches broyées Cuisson Transformati on physico- chimique Céramique Les grains : qui proviennent en global du sable qui peut être naturel ou artificiel, leur diamètre varie entre 1 et 5 mm (très, très fins). La phase vitreuse : qui résulte de la fusion du feldspath - qui peut être potassique (K2O, Al2O3, 6H2O), ou sodique (Na2O, Al2O3, 6H2O) - à une température relativement basse pour cimenter les grains. En pratique on utilise un mélange des deux types de feldspath. Les pores : qui différemment à la métallurgie, où ils présentent des défauts, sont toujours présents suivant un taux qui dépend de la température de cuisson (quand la température augmente, la fluidité augmente, donc moins de porosité). L'argile (Kaolin) L'argile utilisée est dite (Kaolin) (une argile naturelle en chine) notée A2S (Al2O3, 2SiO2) est concassée grâce aux facteurs d'érosion naturels : eau, vents....Pour arriver à des granulométries pareilles il faut des investissements grands. La matière première (sable tamisé + argile (naturellement fin) + feldspath) constitue un mélange empirique secret, l'élaboration de la céramique suit les étapes suivantes : -Matière première - Dosage -Humidification et Pétrification - repos - Mise en forme (30% d'eau dans la pâte) -Séchage (20% d'eau) -Cuisson. Le tableau ci-dessous explicite les principaux types de céramiques traditionnelles en fonction de leurs paramètres d’élaboration et quelques applications. Tableau 1 : Principaux types de céramiques traditionnelles Type Caractéristiques Utilisations Terre cuite * Porosité : 15 - 20% briques, revêtements, poterie... * Surface : émaillée ou non * T° (cuisson) 950 – 1050 °C Faïences * Porosité : 10 - 15% équipements sanitaires, vaisselles, carreaux... * Surface: émaillé - opaque * T° (cuisson) : 950 – 1020 °C Grès * Porosité : 0.5 - 3% Carreaux de sols, tuyaux, équipements sanitaires... * Surface : vitrifiée * T° (cuisson) : 1100 – 1300 °C Porcelaines * Porosité : 0 - 2% vaisselles, isolants électriques... * Surface : vitrifiée ou translucide * T° (cuisson) : 1100 – 1400 °C  Introduction Les terres cuites: argiles. Cuisson à T=900°C Les poteries. Les grès: argiles sédimentaires. - Cuisson à T>1200°C. Les faïences: à base d’argiles, de potasse, de sable et de feldspaths. La porcelaine: Mélange d’argile blanche, quartz, feldspaths et kaolin. Cuisson à T>1300°C. 2.2. Céramiques techniques (ou industrielles) Elles sont utilisées dans le domaine de la construction mécanique, et caractérisées par : une grande tenue à la corrosion, au frottement et à l'usure. · faible conductivité électrique. · Faible réactivité chimique. · Haute température de fusion et de décomposition. · Module d'élasticité et dureté élevés. · Charge à la rupture élevée. · Masse volumique faible. Cependant elles ont les risques et les limites d'emploi suivants : · Déformation plastique quasi-nulle à basse température. · Fragilité aux chocs mécaniques ou thermiques. Les céramiques industrielles peuvent être à base de : · Oxydes: (SiO2, MgO, Al2O3, ZrO2, UO2, BaTiO4...) · Non oxydes : carbures (SiC, TiC..), borures, siliciures, nitrures (TiN, TaN) Les céramiques ont plusieurs applications en fonction de leurs compositions (figure 1). Celles qui résistent mieux aux chocs thermiques sont fabriquées à partir de la cordiérite. L'avantage des nitrures de silicium (Si3N4) est la fabrication des pièces très minces. Pour les céramiques traditionnelles, il s'agit de matières premières naturelles (terre glaise, argile, kaolin). Pour les céramiques techniques, ce sont des poudres micrométriques obtenues par synthèse chimique ; on parle souvent de « céramiques fines »  Matériau céramique pour Composites à matrice Verre teinté en bleu par un applications extrêmes céramique : moteurs très ajout d'oxyde de cobalt chauds Principe général de la fabrication d’une céramique Fabriquer une céramique nécessite un laboratoire, les bons outils et des ingrédients spécifiques… 1.5 Avantage et inconvénients des céramiques Les céramiques sont des matériaux qui ont généralement les propriétés suivantes : Tableau 1.2 – Avantages et inconvénients des céramiques -Ciment et béton Le ciment est un liant hydraulique, il fait prise par hydratation. Le ciment est un mélange de chaux (CaO), de silice (SiO2) et d’alumine (Al2O3) qui réagit avec l’eau. Le ciment est essentiellement utilisé sous forme de béton : mélange de ciment, granulats et eau. Il forme ainsi une véritable roche artificielle qui présente l’avantage de pouvoir être mise en œuvre sous forme d’une pâte. La libération d’hydroxyde de calcium lors de la prise, donne au ciment un pH fortement basique qui passive l’acier utilisé dans le béton armé et donc le protège de la corrosion. Tableau 3 : Quelques applications de céramiques techniques  Généralité Un verre est un composé minéral fabriqué, a base de silice qui possède une structure vitreuse, c’est a dire désordonnée. I l e s t m i s e n fo r m e s o u s l a fo r m e d e p o u d r e agglomérée et consolidé par frittage..ils possèdent une grande stabilité chimique. du fait des liaisons de types covalents ou ioniques. cette propriété leur confère une très bonne biocompatibilité. -Composition Ø Le verre est constitué de la silice SIO2 Portée à son point de fusion et refroidie. Ø Le verre est caractérisé par un arrangement amorphe. -Fabrication  LES TYPES DE VERRES LES TYPES DE VERRES Verres Verres d'oxydes Verres naturels Verres Fluorés industriels lourds §issus de volcans de § Vitrage. §source laser §matériaux pour météorites. § Flacons. §amplificateur lasers de puissance. optique. Propriétés des verres Propriétés des verres propriétés Propriétés Propriétés optiques electriques Chimiques ü transparence est üÀ basse übonne comptabilité due à sa structure temperature, le avec la plupart des amorphe (pas verre est isolant. éléments chimiques d'ordre à grande üA 250⁰C, devient üs’altère au contacte distance) de l’eau et de l’air conducteur üdégrade sous d’électricité l’action de l’acide üun bon diélectrique fluorhydrique Propriétés thermiques Sont directement liées aux changements de température : -Chaleur spécifique CP : nécessaire pour changer la température d’un corps - Condictivité thermique:(K) : aptitude a dissiper l’energie thermique Propriétés mécaniques vmatériaux fragiles. vdéformation élastique jusqu'à rupture du matériau vsans déformation plastique.  les principaux secteurs de l’industrie des verres Le verre plat Transformation du verre Production de verre plat plat Le verre à Verres de Les verres Verres vitres et la sécurité coulés feuilletés glace trempés le verre à vitres Les verres à glaces Les verres coulés les verres trempés  Les vitrages isolants Les verres feuilletés