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Domaine d'utilisation des céramiques

Les céramiques, suite à la richesse et à la diversité de leurs propriétés, sont présentes dans de multiples branches d'activité depuis les industries les plus classiques comme le sidérurgie par exemple, jusqu'à l'aérospatiale où les propriétés exigées vont à l'extrême limite des technologies les plus modernes.

Les céramiques sont utilisées afin de réaliser des pièces de hautes performances.

CéramiquesMatériau
Résistance à l'abrasionTout mais surtout Si4N3 et ZrO2
Haute températureAl2O3 --> 1700 °C
Résistance à la flexionNitrure d'alumine
Stabilité thermiqueSi4N3
DuretéCarbure de silicium

Les céramiques sont utilisées dans le secteur de l'aéronautique et du spatial pour leurs propriétés thermostructurales :
- réfractarité : résistance à des températures > 1000 °C
- résistance aux atmosphères particulières
- résistance et fiabilité mécaniques
Le renforcement des céramiques à l'aide de fibres : les C.M.C. (Composites à Matrice Céramique), permettent leur utilisation pour la fabrication de pièces diverses complexes
- éléments de turbine
- chambre de combustion
- protection thermique
- bouclier thermique

Les céramiques sont principalement utilisées dans le domaine de l'électronique en raison de la diversité de leurs propriétés électriques et thermiques.

CéramiquesPropriétésMatériauxApplications
IsolantesRésistivités électrique et
thermique élevées
Al2O3
BeO
MgO
Microélectronique
substrats
modules d'interconnexion
DielectriquesRigidité diélectrique
Permittivité
Constante diélectrique
élevées
BaTiO3,SrTiO3,CaTiO3
Al2O3
Cordiérite
Condensateurs
Substrats
Électrodes
Semi-conductrices


ThermistancesRésistivité électrique diminue en fonction de la températureBaTiO3Capteurs de température
VaristancesRésistivité électrique augmente en fonction de la températureSiC, ZnOParafoudres
Éléments chauffantsConductivité électrique élevéeSiC, MoSi2, LaCr2O3Résistances
Capteurs chimiquesConductivité ionique élevéeAl2O3, ZrO2, TiO2Capteurs d'humidité, de gaz


Les céramiques sont utilisées dans le domaine de la métallurgie, des réfractaires, pour leurs propriétés de:

  • résistance mécanique aux hautes températures
  • résistance aux chocs thermiques
  • résistance aux attaques chimiques

Il existe essentiellement 3 grandes familles de céramiques réfractaires :

  • les réfractaires acides du système silice-alumine
  • les réfractaires basiques à base de magnésie-dolomie-chromite
  • les réfractaires spéciaux ou neutres: carbone, carbures, nitrures, ...

Les céramiques réfractaires trouvent leur application en métallurgie pour la fabrication de noyaux de fonderie, de moules carapaces...

CéramiquesPropriétésMatériauxApplications
IsolantesRésistivités électrique et
thermique élevées
Al2O3
BeO
MgO
Microélectronique
substrats
modules d'interconnexion
DielectriquesRigidité diélectrique
Permittivité
Constante diélectrique
élevées
BaTiO3,SrTiO3,CaTiO3
Al2O3
Cordiérite
Condensateurs
Substrats
Électrodes
Semi-conductrices


ThermistancesRésistivité électrique diminue en fonction de la températureBaTiO3Capteurs de température
VaristancesRésistivité électrique augmente en fonction de la températureSiC, ZnOParafoudres
Éléments chauffantsConductivité électrique élevéeSiC, MoSi2, LaCr2O3Résistances
Capteurs chimiquesConductivité ionique élevéeAl2O3, ZrO2, TiO2Capteurs d'humidité, de gaz


MatériauxPropriétésTechnologie de mise en formeApplications
Zircone yttrifiéeConduction ionique par ions O2--Coulage en bande
-Pressage uniaxial
ou isostatique
-Séparation électrochimique de l'oxygène
-Mesure de la teneur en
oxygène
-Production d'électricité
(piles à combustible à
électrolyte solide dites "SOFC")
Composés de structure pérovskitesConducteur mixte (conduction ionique par ions O2- et conduction électronique)
Conduction protonique (par H+)
-Dépôt par
"dip-coating"
- Oxydation partielle des hydrocarbures
- Catalyse de réactions d'oxydation et/ou de réduction de l'oxygène
- Production d'hydrogène

Les céramiques techniques occupent une place particulièrement importante dans le domaine de l'environnement grâce :

  • au développement de structures poreuses contrôlées
  • à leurs propriétés thermiques importantes.

Les céramiques sont utilisées pour la réalisation:

  • de capteurs de détection de gaz
    Matériaux : oxydes à base de terre rare ou d'éléments de transition
  • de catalyseurs - pots catalytiques
    Matériaux : cordiérite, SiC
  • de filtres pour l'agro-alimentaire et la purification de l'eau
    Matériaux poreux de forme tubulaire, multicanal ou plan
  • de filtres à particules pour les moteurs diesels
  • de traitement des déchets : vitrification des déchets
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