Les céramiques composées de différents matériaux présentent de grandes différences de performances. Nous vous présenterons la classification et les applications de ces différents matériaux.
Classification par composition du matériau céramique
Les matériaux céramiques peuvent être grossièrement divisés en quatre catégories selon leur composition : les matériaux céramiques oxydés, les matériaux céramiques non oxydés, les matériaux céramiques silicatés et les matériaux vitrocéramiques.
Ci-dessous, nous vous présenterons ces matériaux céramiques et comprendrons leurs utilisations.
Matériaux céramiques oxydés
Les céramiques oxydées sont très courantes dans l'industrie et la vie quotidienne. Parmi la grande famille des oxydes, les plus représentatifs sont l'alumine, l'oxyde de zirconium, le dioxyde de silicium, etc.
En général, les matériaux oxydés présentent les caractéristiques distinctives suivantes :
Résistance à l'usure : dureté élevée, forte résistance à l'usure, adapté au meulage, à la coupe et à d'autres fins.
Résistance aux hautes températures : Son point de fusion est relativement élevé et il présente une bonne stabilité dans divers environnements à haute température. C'est un matériau réfractaire très courant dans l'industrie.
Résistance à la corrosion : les propriétés chimiques sont stables, il n'est pas facile de réagir avec divers acides, alcalis et sels, et il convient à divers environnements corrosifs.
Voici quelques matériaux d’oxyde courants :
Alumine : C'est l'un des matériaux céramiques les plus utilisés. Les céramiques frittées à partir d'alumine sont utilisées dans tous les aspects de notre vie. On les retrouve dans les composants électroniques, médicaux et industriels. C'est l'un des matériaux les plus fondamentaux de l'industrie manufacturière moderne !
Zircone : La zircone présente une ténacité supérieure à celle de l'alumine. Sa dureté élevée et sa résistance aux fissures la rendent idéale pour les applications à haute résistance telles que la dentisterie et la fabrication de couteaux.
Dioxyde de silicium : Il présente également une excellente résistance mécanique, une stabilité à haute température et une résistance à la corrosion. Il est largement utilisé dans divers dispositifs optiques, la fabrication du verre et l'industrie des semi-conducteurs.
Matériaux céramiques sans oxyde
Il existe de nombreux matériaux céramiques non oxydés, dont les plus courants sont les nitrures, les carbures et les borures. Leurs performances exceptionnelles permettent de les appliquer à divers domaines. Par exemple, les céramiques nitrurées peuvent être utilisées dans certaines aubes de turbine et pièces de moteur grâce à leur excellente résistance aux températures élevées ; les céramiques carbures sont largement utilisées dans diverses applications de coupe grâce à leur excellente dureté ; les borures peuvent être utilisés dans les tuyères de fusées et les systèmes de protection thermique dans des environnements à très hautes températures.
Présentation des matériaux céramiques non oxydes courants :
Nitrure d'aluminium : Ce matériau présente une excellente conductivité thermique et une excellente isolation électrique. Il sert de substrat de dissipation thermique et de matériau d'encapsulation électronique dans de nombreux produits et appareils électroniques.
Nitrure de silicium : Il présente une forte résistance thermique et mécanique. Il est fréquemment utilisé dans divers composants de moteurs et structures de paliers haute température. Il est largement utilisé dans l'automobile et l'aviation.
Carbure de silicium : Le carbure de silicium est un matériau doté d'une dureté extrêmement élevée et d'une bonne résistance aux températures élevées. Il est utilisé dans certains joints mécaniques et matériaux résistants à l'usure. Il est également largement utilisé dans les applications haute température et haute pression de divers dispositifs semi-conducteurs.
Nitrure de bore : Sa structure hexacristalline offre une bonne isolation électrique, une bonne résistance à la chaleur et une bonne inertie chimique. Il peut être utilisé dans divers lubrifiants et matériaux réfractaires.
Matériaux en vitrocéramique
La vitrocéramique est un matériau céramique composite obtenu par cristallisation du verre. Ce matériau allie les avantages du verre et de la céramique, lui conférant ainsi les caractéristiques du verre et celles de la céramique ! La vitrocéramique est souvent utilisée dans les cuisines à haute température et sert à la fabrication de plaques de cuisson et d'ustensiles de cuisine résistants à la chaleur. Outre sa dureté et sa résistance à la chaleur supérieures, la vitrocéramique présente également une bonne biocompatibilité.
Matériaux céramiques silicatés
Les céramiques silicatées sont des céramiques dont le composant principal est le silicate. On les distingue principalement en deux types : le silicate d'aluminium et le silicate de magnésium. Elles sont utilisées au quotidien et dans la construction. Dans ce secteur, les céramiques silicatées sont utilisées pour la fabrication de tuiles, de briques et de ciment, grâce à leur excellente résistance à l'usure, à leur durabilité et à la corrosion. On les retrouve également dans des produits de première nécessité, comme la vaisselle en céramique, les sanitaires, etc. Dans l'industrie électronique, les céramiques silicatées peuvent également être utilisées pour la fabrication d'isolants et de condensateurs, et leurs applications sont très variées.
Classification par utilisation de la céramique
Les céramiques se divisent en céramiques traditionnelles et céramiques avancées. Les matières premières des céramiques traditionnelles sont généralement diverses argiles, silice, feldspath, quartz, etc. Ces matériaux forment les produits céramiques traditionnels après cuisson à haute température. Les céramiques avancées sont composées de divers oxydes, nitrures et carbures.
Les différentes céramiques ont des applications différentes. Les céramiques traditionnelles sont davantage destinées aux besoins quotidiens, tandis que les céramiques avancées sont largement utilisées dans l'industrie et certains secteurs de haute technologie.
Verre
Le verre est un matériau céramique courant. Des fenêtres que nous croisons partout dans notre quotidien aux lunettes que nous portons, beaucoup ignorent peut-être que le verre est en réalité une céramique silicatée.
Le principal composant des céramiques silicatées est le dioxyde de silicium (SiO₂). L'ajout d'autres oxydes modifie les propriétés du verre. Par exemple, l'ajout d'oxyde de sodium (Na₂O) abaisse le point de fusion du verre, ce qui facilite son moulage. L'ajout d'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) améliore la dureté et la résistance à la chaleur du verre. Pour modifier la couleur du verre, l'ajout d'oxyde de fer (Fe₂O₃) lui donne une teinte verte ou brune. Ces mesures améliorent non seulement l'esthétique du verre, mais aussi ses performances.
Céramique d'argile
Les produits céramiques en argile les plus courants sont diverses porcelaines, telles que les services à thé, les bols, les bouteilles en céramique, etc. Les céramiques en argile offrent non seulement des performances supérieures, mais deviennent également très belles si elles bénéficient d'un traitement spécial. Elles sont idéales pour la décoration et un usage quotidien.
Céramiques abrasives
La céramique est dure et résistante, ce qui en fait un excellent matériau pour le meulage et la découpe. Les abrasifs les plus courants sont le diamant, l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium, le sable de silice, etc.
Céramiques avancées
Il existe de nombreux types de céramiques avancées, chacune offrant des performances supérieures. Ces matériaux sont largement utilisés dans l'aérospatiale, les dispositifs médicaux, les équipements électroniques, etc. en raison de leurs excellentes propriétés physiques et chimiques.
Résumer
La céramique est un matériau polyvalent, largement utilisé dans tous les aspects de notre vie. Ses propriétés supérieures se complètent parfaitement, ce qui la rend adaptée à une multitude de domaines.
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