Céramique oxydée
La céramique oxydée est une forme particulière de céramique haute performance ou céramique technique. Elle appartient au domaine des céramiques techniques. Sa fabrication repose sur la technologie des poudres céramiques et non sur la métallurgie classique. Les céramiques oxydées sont composées d'oxydes métalliques de haute pureté. La céramique oxydée comprend des oxydes purs ainsi que des oxydes mixtes et des phases oxydées stabilisées. Elle se caractérise par une dureté élevée, une résistance à l'usure, une résistance chimique et une stabilité thermique.
Les matières premières typiques sont l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de magnésium ou l'oxyde d'yttrium. Ces poudres sont broyées très finement. Elles sont ensuite dosées avec précision et mélangées de manière homogène. Vient ensuite le moulage, par exemple par pressage ou moulage par injection. Le compactage s'effectue par frittage à très haute température. Il en résulte des matériaux denses, solides et pratiquement sans pores.
Les céramiques oxydées peuvent présenter différentes structures et propriétés. Celles-ci dépendent de la composition, de la taille des grains et du processus de frittage. Sur le plan chimique, les céramiques oxydées sont largement inertes. Elles réagissent à peine avec les acides, les bases ou les solvants. De plus, elles sont électriquement isolantes et résistantes à la température.
Une caractéristique essentielle est leur très grande dureté. Elle dépasse nettement celle de l'acier. Selon le matériau, la dureté Vickers peut être plusieurs fois supérieure à celle de l'acier trempé. Les céramiques oxydées sont donc parfaitement adaptées à la protection contre l'usure.
Dans la pratique, elles sont souvent appliquées sous forme de revêtement sur des composants métalliques. Cela se fait notamment par des procédés de projection thermique. Les procédés typiques sont la projection plasma, la projection à la flamme à grande vitesse ou la projection avec des systèmes remplis de poudre ou de fil. Il en résulte une couche céramique adhérant fermement au matériau de base.
Si la céramique oxydée est utilisée comme protection d'arbre, un post-traitement est nécessaire. La surface revêtue est micro-poncée et rodée. On obtient ainsi des surfaces extrêmement lisses et très stables dimensionnellement. Celles-ci sont souvent brillantes comme un miroir. Visuellement, elles se distinguent à peine du substrat métallique. En raison de sa dureté, de sa résistance à l'usure et de sa résistance chimique, la céramique oxydée est un matériau essentiel dans la construction de machines et d'installations. Elle est souvent utilisée lorsque des durées de vie élevées et une faible contamination sont requises.
1. Densité et densité relative
La densification obtenue est déterminante pour la résistance et la résistance à l'usure.
Densité brute :
ρ = m / V
- ρ = densité
- m = masse
- V = volume
Densité relative :
ρrel = ρthéorique /ρmesurée
Dans la pratique, les valeurs supérieures à 98 % sont considérées comme frittées de haute qualité.
2. Dureté (dureté Vickers)
Très importante pour les couches de protection contre l'usure.
HV = 1,854 ⋅ F/d2
- HV = dureté Vickers
- F = force d'essai
- d = diagonale moyenne de l'empreinte
Valeurs typiques :
- Oxyde d'aluminium : 1 500–2 200 HV
- Acier : 200–800 HV
3. Résistance à la flexion (essai de flexion en 3 points)
Important pour les matériaux fragiles tels que les céramiques.
σB = 3FL/(2bh2)
- σB = résistance à la flexion
- F = force de rupture
- L = portée
- b = largeur de l'échantillon
- h = épaisseur de l'échantillon
Les céramiques oxydées ont généralement une valeur comprise entre 300 et 1 000 MPa.
4. Dilatation thermique
Important pour les revêtements céramiques sur métal.
ΔL = α⋅L0⋅ ΔT
- α = coefficient de dilatation thermique linéaire
- L0 = longueur initiale
- ΔT = variation de température
Valeurs typiques :
Oxyde d'aluminium : ~8 · 10⁻⁶ /K
Acier : ~12 · 10⁻⁶ /K
→ explique les contraintes thermiques aux interfaces.