Connaissance du matériau céramique
Le terme céramique désigne une grande variété de matériaux inorganiques non métalliques. La céramique utilisée dans l’industrie est appelée céramique haute performance ou encore céramique technique. Grâce à des processus de fabrication spéciaux et perfectionnés, la céramique haute performance est utilisée dans de nombreux secteurs de la construction mécanique. Les avantages de ce matériau et ses domaines d’application possibles sont présentés ci-dessous.
Informations complémentaires sur la céramique
- Résistance à la corrosion
- Solidité extrême
- Résistance aux températures élevées
- Résistance élevée à l’usure
- Diversité de formes
Définition de la céramique haute performance
Les céramiques sont des composés d’éléments métalliques et non métalliques. Le mot grec keramos signifie «°argile de potier°». La céramique désigne ainsi à la fois le matériau et le produit obtenu.
La céramique haute performance, également appelée céramique technique, se distingue de la céramique traditionnelle par sa précision de fabrication. Le secret réside ici dans la structure du matériau. Une certaine granulométrie, avec une pureté et une taille des grains comprises dans une plage de tolérance définie, est déterminante pour ses qualités.
Une poudre céramique synthétique répond à ces exigences élevées en matière de pureté chimique et d’homogénéité, que les matières premières naturelles ne peuvent pas satisfaire. Les nombreuses céramiques haute performance qui en résultent sont utilisées dans la construction mécanique.
Propriétés de la céramique
- Résistance à la corrosion
- Résistance chimique
- Absence de conductivité thermique
- Absence de magnétisme
- Faible conductivité électrique (modifiable)
- Déformabilité ductile
- Résistance et stabilité dimensionnelle extrêmes
- Résistance élevée à l’usure
- Résistance aux températures élevées
Haute résistance à l’usure et dureté
Comparées à d’autres groupes de matériaux, les céramiques présentent une dureté exceptionnelle. Selon la structure et le type de matériau, il y a cependant des différences. La dureté est mesurée selon la méthode Vickers (HV). Contrairement aux matériaux métalliques, les matériaux céramiques ne subissent pas de déformation plastique à température ambiante. L’échantillon fournit néanmoins une impression mesurable, qui s’accompagne d’une importante fissuration radiale et latérale.
La céramique Si3N4 que nous utilisons possède une dureté Vickers pouvant atteindre 1700 HV 10. En comparaison, celle de l’acier à roulement standard 100Cr6 est de 700 HV 10 env.
Résistance aux températures élevées
- Étant donné que les céramiques conservent leur solidité et leur rigidité même en cas de températures élevées, les applications avec des températures élevées sont possibles.
- La conductivité thermique d’un matériau dépend de sa porosité et de sa granulométrie. Ses interstices réduits et le fait que l’air soit un mauvais conducteur thermique confèrent à la céramique l’avantage de présenter une faible conductivité thermique.
- Le procédé de fabrication influe sur la température maximale d’utilisation.
Aperçu de la céramique haute performance
| Aperçu | Exemple de produit |
|---|---|
| CERAZUR | |
| Z141 | |
| Si3N4 |
Domaines d’application de la céramique haute performance
Dans de nombreux domaines où les métaux et les plastiques posent problème dans le processus, on a recours à la céramique haute performance. Les avantages et les propriétés positives de ce matériau offrent sans cesse de nouveaux domaines d’application et un marché croissant.
Industrie chimique, alimentaire et pharmaceutique
Les exigences particulières de ce secteur requièrent l’utilisation de matériaux spéciaux, comme la céramique haute performance. Certaines propriétés, comme la résistance aux acides et aux bases, ainsi qu'aux substances abrasives, permettent à la céramique d’être utilisée dans de nombreux filtres, revêtements, dispositifs de remplissage, robinets et vannes. Sa résistance élevée à la corrosion et ses faibles réactions avec d’autres substances excluent toute réaction chimique indésirable avec la pièce à usiner. Les effets négatifs sur le produit final peuvent ainsi être évités. Dans le secteur de l’industrie alimentaire en particulier, certaines céramiques répondent aux normes d’hygiène. Comme exemple de produit, on peut citer les têtes d’appui en céramique
Industrie électronique
L’industrie électronique requiert également l’utilisation de matériaux spéciaux en raison des exigences particulières de la production. Les composants sensibles et complexes à usiner et les cadences élevées sont des exigences qui nécessitent l’utilisation de la céramique.
Le plastique, souvent utilisé ici, est loin de présenter la même résistance à l’usure que la céramique. Une autre exigence dans l’industrie électronique est la neutralité électrique et électromagnétique des matériaux utilisés. Pour une utilisation dans des applications à haute fréquence, basse fréquence et à induction, il est également possible de recourir à l’une des nombreuses céramiques haute performance.
Secteur automobile
Le taux de recours élevé à l’automatisation et la prévention des arrêts sont des caractéristiques des lignes de production actuelles du secteur automobile. Une durée de vie ou de service aussi longue que possible est le défi technique à relever ici. Les propriétés positives de la céramique haute performance, telles que sa solidité extrême et sa résistance importante à l’abrasion, à la corrosion et aux températures élevées, permettent d’accroître la sécurité et la qualité des processus. Sa faible usure permet d’accroître la durée de vie et de réduire les intervalles de remplacement des composants.
On peut par exemple citer ici les cimblots en céramique. Dans les dispositifs avec des intervalles de remplacement et des cadences très élevés, les cimblots permettent de compenser l’usure très importante. La durée de vie peut ainsi être augmentée de manière significative.