Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La zircone, ou oxyde de zirconium (dioxyde), a suscité un vif intérêt dès le début de son identification et de sa préparation. Cet oxyde est une céramique à caractère réfractaire tant du point de vue chimique que thermique. Ses propriétés physiques, de conduction électrique et électronique notamment, sont remarquables. Isolant à l'état pur avec une faible semi-conduction de type n, cet oxyde peut devenir conducteur ionique pur s'il est dopé. Le champ d’application de cet oxyde est vaste, notamment du fait de ses propriétés électriques : électrolyte solide, veine pour la magnétohydrodynamique (MHD), pile à combustible, sonde à oxygène...
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Gérard MOULIN : Professeur, Université de technologie de Compiègne (UTC) - Laboratoire Roberval, UMR 6253 CNRS
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Jérôme FAVERGEON : Maître de conférences, UTC - Laboratoire Roberval, UMR 6253 CNRS
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Gérard BÉRANGER : Professeur émérite, UTC - Laboratoire Roberval, UMR 6253 CNRS - Membre de l'Académie des technologies
INTRODUCTION
La zircone, ou oxyde de zirconium (dioxyde), a suscité un vif intérêt dès le début de son identification et de sa préparation. En effet, cet oxyde présente plusieurs variétés allotropiques suivant la température ; de plus, la pression ou une contrainte mécanique peut agir sur la structure, ce qui en fait un matériau de choix pour étudier les transformations cristallographiques, d'autant que l'une d'entre elles est de type martensitique (donc avec cisaillement) accompagnée d'une forte hystérésis thermique. Cet oxyde est une céramique à caractère réfractaire tant du point de vue chimique que thermique. Ses propriétés physiques, de conduction électrique et électronique notamment, sont remarquables. Isolant à l'état pur avec une faible semi-conduction de type n, cet oxyde peut devenir conducteur ionique pur s'il est dopé. Le champ des applications à ce dernier titre est vaste : électrolyte solide, veine pour la magnétohydrodynamique (MHD), pile à combustible, sonde à oxygène… Ses modes de préparation ont dans cet esprit, suscité de nombreux travaux allant du procédé sol-gel jusqu'à la fusion en four solaire, en passant par des procédés de précipitation ou de coprécipitation plus traditionnels. Par ailleurs, cet oxyde doit aussi une partie de son intérêt au fait qu'il est le produit de corrosion formé sur les gaines en alliages de zirconium dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP). Le comportement mécanique de la couche de zircone formée sur ces gaines en cours de fonctionnement, et donc le caractère plus ou moins protecteur de cette couche, conditionne la tenue à long terme de l'ensemble des grappes de combustible (phénomènes de « breakaway » ou de desquamation).
Au vu de ce descriptif, on peut apprécier que la zircone constitue un matériau type dont les propriétés d'usage sont étroitement liées aux aspects structuraux (cristallographie et défauts ponctuels). Ces différents aspects seront repris et décrits dans la suite de cet article.
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Synthèse des zircones stabilisées
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3. Propriétés physiques de la zircone
La zircone possède un certain nombre de propriétés intéressantes. Outre les propriétés mécaniques déjà présentées dans le paragraphe précédent (voir tableau 3), la zircone s'avère être un matériau qui possède une très faible conductivité thermique par rapport à la plupart des autres oxydes (figure 10). Cette propriété est mise à profit dans le cas des barrières thermiques qui protègent les surfaces métalliques des composants de turbomoteurs contre les gaz à haute température ; la zircone permet d'isoler thermiquement ces surfaces métalliques. Des études récentes montrent que les zircones cubiques sont généralement les meilleurs isolants thermiques, et que l'utilisation d'ions hétérovalents de taille importante comme, par exemple, La3+ permet d'abaisser au maximum la conductivité thermique .
En ce qui concerne la dilatation thermique, la zircone monoclinique pure présente un coefficient de dilatation linéaire d'environ 7,5.10−6 K−1 . Mais dès lors que la zircone est stabilisée, ce coefficient de dilatation thermique augmente : il est d'environ 10.10−6 K−1 pour des zircones partiellement stabilisées ...
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Propriétés physiques de la zircone
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BLUMENTAL (W.B.) - The chemical behaviour of zirconium - Nostrand company inc., New-York (1958).
-
(2) - DAMBREVILLE (A.), PHILIPPE (M.), RAY (A.) - La Céramique de zircone ou « La nuit tous les chats sont gris » - Maîtrise Orthopédique (http://www.maitrise-orthop.com), 78 (1998).
-
(3) - LANGERON (J.P.) - « Zirconium » dans Nouveau Traité de Chimie Minérale, sous la direction de P. Pascal, Éditions Masson et Compagnie - Paris, Volume 9, pp. 216-220 (1963).
-
(4) - STEVENS (R.) - Zirconia and zirconia ceramics - Magnesium Elektron, 113, pp. 1-51 (1986).
-
(5) - DEBUIGNE (J.) - Contribution à l'étude de l'oxydation du zirconium et de la diffusion de l'oxygène dans l'oxyde et dans le métal - Thèse de Doctorat, Université de Paris (1966).
-
(6) - JOMARD...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Piles à combustible PEMFC et SOFC. Description et gestion du système
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Piles à combustible PEMFC et SOFC. Transferts de chaleur et de masse
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Piles à combustibles
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Capteurs chimiques et biochimiques
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Approche scientifique des surfaces. Caractérisation et propriétés
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Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : oxydation, carburation
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...
NORMES
-
Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus - ASTM G 65 - 2004
ANNEXES
L. Rose, O. Kesler, A. Burgess, Z. Tang, Matériaux céramiques densifiés et méthodes associées, n° de publication : WO/2008/095317, n° de la demande internationale : PCT/CA2008/000272.
R. Sartzlander, W.G. Coors, Préparation de produits frittés de réaction de zircone stabilisé à l'yttrium, n° de publication : WO/2008/089037, n° de la demande internationale : PCT/US2008/050748.
M.E. Badding, S.M. Garnier, S.L. Hagg, T.D. Ketchman, J.A. Miller, D.J. Sint-Julien, Feuille d'électrolyte avec zones de compositions différentes et dispositif de pile à combustible la comprenant, n° de publication : WO/2008/039318, n° de la demande internationale : PCT/US2007/020118.
K. Hata, N. Aikaa, M. Shimomura, Procédé de production de feuille à électrolyte solide, n° de publication : WO/2007/013567, n° de la demande internationale : PCT/JP2006/314924.
K. Hata, Y. Mizutani, K. Hisada, K. Ukai, M. Yokoyama, Feuille électrolytique destinée à une pile à combustible d'oxyde solide, son procédé de fabrication et élément de pile à combustible d'oxyde solide, n° de publication : WO/2006/087959, n° de la demande internationale : PCT/JP2006/302185.
M.M. Seabaugh, K. Sabolsky, M.J. Day, Structures céramiques stratifiées,...
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