Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux céramiques transparentes. Cette famille de céramiques techniques fonctionnelles allie les propriétés optiques des monocristaux et la flexibilité des procédés céramiques. Toutefois, leur transparence peut être rapidement altérée par des défauts engendrant des phénomènes de diffusion ou d’absorption de la lumière. Le lien entre leurs propriétés optiques (i.e. leur transparence) et leur composition, (micro-)structure est décrit. Les différentes étapes clés du procédé à maîtriser pour leur fabrication sont détaillées et discutées dans cet article : la synthèse des poudres, la mise en forme et le traitement thermique final de densification (frittage).
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Rémy BOULESTEIX : Maître de Conférences - Institut de Recherche sur les Céramiques, IRCER UMR CNRS 7315, - Université de Limoges, France
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Alexandre MAITRE : Professeur - Institut de Recherche sur les Céramiques, IRCER UMR CNRS 7315, - Université de Limoges, France
INTRODUCTION
Les céramiques transparentes polycristallines sont des matériaux produits par mise en forme de poudres et frittage de crus. De par leur nature et les procédés de fabrication utilisés, les céramiques transparentes combinent les propriétés des monocristaux (compacité, pureté, homogénéité) et les caractéristiques des céramiques (facilité de mise en forme, pièces de grande taille, flexibilité de composition). Elles permettent aussi d’accéder à des performances thermomécaniques exacerbées (ténacité, résistance aux chocs thermiques).
Depuis les premiers travaux de développement de céramiques transparentes menés dans les années 1950, de nombreux efforts de recherche ont été menés pour mieux maîtriser leur fabrication. En effet, le contrôle drastique du procédé de fabrication est nécessaire afin de maîtriser les microstructures des céramiques élaborées et, par voie de conséquence, leurs performances optiques. Le principal challenge dans ce cas repose sur l’élimination complète de la porosité et sur le contrôle des impuretés pouvant altérer leurs propriétés optiques. Ces deux objectifs peuvent être atteints grâce à la synthèse de nanopoudres pures et homogènes, la mise en œuvre de procédés de mise en forme par voie liquide, et le développement des techniques de frittage sous atmosphère contrôlée (sous vide, sous pression, etc.).
L’objectif de cet article est de préciser le lien entre les caractéristiques structurales, microstructurales et optiques des céramiques transparentes, de manière à pouvoir au final orienter le choix de procédés céramiques adaptés à leur fabrication. Les étapes clés du procédé sont détaillées à travers des exemples de réalisations.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et une liste des symboles utilisés.
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Notions d’optique relatives à la transparence des céramiques
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1. Définition et applications des céramiques transparentes
1.1 Notion de transparence optique
Un matériau transparent laisse entrevoir nettement un texte ou un objet distant lorsque celui-ci est observé à travers lui . Dans ce cas, le matériau doit être placé à une distance de quelques millimètres au minimum de l’objet. L’application stricte de cette définition permet de faire la distinction entre un matériau transparent et un matériau translucide, qui donne une image floue d’un objet distant (texte par exemple) comme illustré à la figure 1. Dans le cas contraire, la même qualité d’image sera donnée par les deux matériaux s’ils sont placés directement sur le texte.
Plus généralement, un milieu (incluant les solides) peut être qualifié de transparent lorsqu’il autorise la formation d’une image non distordue d’un objet sur un capteur (par exemple l’œil) placé derrière lui. Dans ce cas, le rayonnement électromagnétique provenant de l’objet subit un minimum d’interaction avec le milieu traversé avant d’atteindre le capteur. Le critère de transparence d’un matériau pour sa sélection vis-à-vis d’une application donnée se fait toujours au regard d’une certaine plage de longueur d’onde. Le domaine de longueur considéré est généralement compris dans une région incluant le visible (400-800 nm) et s’étendant du proche UV (λ NUV ≈ 100 nm) jusqu’à l’infrarouge lointain (λ IR ≈ 15 µm).
HAUT DE PAGE1.2 Évolution de la transparence des céramiques au cours de l’histoire
Les porcelaines, pour les premières apparues vers −200 ans avant J.-C. en Chine, peuvent être considérées comme les premières céramiques translucides...
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Définition et applications des céramiques transparentes
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KRELL (A.), HUTZLER (T.), KLIMKE (J.) - Transmission physics and consequences for materials selection, manufacturing, and applications. - J. Eur. Ceram. Soc. 29 207-221 (2009).
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(3) - COBLE (R.L.) - Transparent alumina and method of preparation. - U.S. Patent 3.026.210 (1962).
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(4) - LEFEVER (R.A.), MATSKO (J.) - Transparent yttrium oxide ceramics. - Mater. Res. Bull. 2 865 (1967).
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(5) - GRESKOVICH (C.), WOODS (K.N.) - Fabrication of transparent ThO2-doped Y2O3 . - Am. Ceram. Soc. Bull. 52 473-478 (1973).
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(6) - LU (J.), BISSON (J.F.), TAKAICHI (K.), UEMATSU (T.), SHIRAKAWA (A.), MUSHA (M.), UEDA (K.), YAGI (H.), YANAGITANI...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
OPTIMATR (A Computer Program to Calculate Optical Properties of Materials), ARSoftware, 8201 Corporate Drive, Suite 1110, Landover MD 20785
Page web opensource interactive de calcul de diffusion lumineuse par la théorie de Mie :
https://omlc.org/calc/mie_calc.html
Logiciel opensource de calcul de diffusion lumineuse par la théorie de Mie :
http://www.philiplaven.com/mieplot.html
HAUT DE PAGE2.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Groupe Français de la Céramique
https://www.sf2m.fr//Vie_GFC/GFC_accueil.htm
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