Céramiques et verres

Céramiques – Verres

Céramiques = solides inorganiques ou non-métalliques

Structure cristalline, amorphe ou les deux (terres cuites)

• Dures mais fragiles
• Chimiquement stables
• Isolant élec

Grandes classes de céramiques et verres : [pic 1]

[pic 2]

• Verres : basés sur la silice SiO2[pic 3]

Amorphe

Silice pure SiO2 : Tg ≈ 1200°C => mise en forme difficile

Ajout Na2O, CaO … => Tg        => mise en forme à 700-800°C (verre ordinaire, pyrex)[pic 4]

• Céramiques vitrifiées (= terres cuites) : base argile

Ex : poterie, tuile, brique

Microstructure finale = composite : cristallites de silicates (durs) enrobés par une phase                    vitreuse (silice)

• Céramiques techniques

Meilleur = diamant, outils de coupe, pièces de moteurs …

Résistance + propriétés concurrentes des métaux

• Ciment et béton 

Ciment = mélange chaux (CaO) + silice (SiO2) + alumine (Al2O3)

Béton = composite sable + graviers soudés par le ciment

• Céramiques naturelles

Pierre = plus ancien et plus durable, glace …

[pic 5]

[pic 6]

Dureté et dislocations :

Métal : liaison non direc

Faible friction de réseau

Céramiques covalentes : liaison très direc, forte friction de réseau (très difficile de faire passer des dislocs)

Céramiques ioniques : alternances ions + et -, systs de gliss « durs » ou « mous » (les durs pilotent)

Essais mécaniques :  Céramiques = très fragiles : KIc faible => sensibles aux défauts

• Traction :  = Rmt[pic 7]
• Compression : Rmc ≈ 15 Rmt
• Flexion 3 pts :  ≈ 1,7 Rmt[pic 8]

Résistance au choc thermique :

Choc thermique :

1. Faire tomber dans eau froide une céramique chauffée à température T croissante
2. Mesurer la résistance au choc thermique ΔT auquel l’échantillon survit sans casser

Couche superficielle : contraction , contrainte E ([pic 9][pic 10][pic 11]

ΔT donné par : E = Rmt (résistance en traction)[pic 12]

 varie de 80K (verre) à plusieurs centaines de °C[pic 13]

Elaboration des céramiques techniques : frittage

Frittage = agglutination par chauffage (≈ 2/3 Tf) d'une poudre sèche préalablement comprimée

Sous l'effet de la chaleur, les grains se soudent entre eux, ce qui forme la cohésion de la pièce. 

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