Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les techniques de caractérisation des matériaux ont fait l'objet de nombreux ouvrages complets, mais peu d'entre eux concernent les céramiques. Cet article s'adresse aux étudiants et aux ingénieurs afin de leur permettre de répondre aux deux questions suivantes. Pourquoi faut-il caractériser les matériaux céramiques ? Quelle méthode de caractérisation doit-on utiliser lorsque l'on cherche à connaître les propriétés d'une céramique placée en sollicitation d'usage ? Le principe de chacune des techniques de caractérisation est décrit succinctement ainsi que les conditions de réalisation des essais en fonction des propriétés de la céramique.
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Stéphane VALETTE : Maître de conférences à l'Université de Limoges Centre européen de la céramique, SPCTS UMR CNRS 7315, Université de Limoges, France
INTRODUCTION
Les céramiques, qu'elles soient traditionnelles ou techniques, sont des matériaux largement utilisés, non seulement dans la vie de tous les jours mais aussi dans des domaines plus « pointus » tels que l'aéronautique, l'électronique, le médical…
Par conséquent, les besoins de l'industrie céramique en techniques de caractérisation se sont accrus afin de répondre aux exigences du concepteur (ou élaborateur), mais également à celles de l'utilisateur.
Le concepteur cherche à déterminer la composition, c"est-à-dire les atomes constitutifs de la céramique, afin de connaître les températures de frittage, de fusion et d'utilisation maximale en condition. Cependant, les propriétés d'usage d'un matériau céramique ne sont pas seulement gouvernées par sa composition chimique, mais également par sa structure cristalline. En effet, deux céramiques avec une composition identique, mais une structure cristalline qui diffère, peuvent se comporter très différemment lorsqu'elles sont utilisées. Un autre élément recherché par l'élaborateur est la microstructure (taille et forme des grains, cristaux qui constituent la céramique), elle permet de maîtriser les caractéristiques mécaniques.
L'utilisateur souhaite, lui, caractériser le matériau céramique en sollicitations proches des conditions d'utilisation. Pour cela, il s'intéressera au comportement de la céramique en sollicitations thermique, mécanique, électrique, chimique. Ces deux approches ne sont pas exclusives aux céramiques, mais applicables à toutes les catégories de matériaux et notamment aux métaux. Cependant, en comparaison aux métaux, les céramiques présentent en général une grande dureté mécanique, un caractère isolant électrique et thermique, et une inertie chimique (résistance à la corrosion, aux attaques chimiques, etc.). Par conséquent, même si les techniques de caractérisation pour ces deux familles de solides sont généralement les mêmes, leur mise en œuvre est souvent très différente.
Nous voyons ainsi que les approches pour traiter de la caractérisation des céramiques sont multiples. Le but de cet article n'est pas de décrire de manière exhaustive les différentes méthodes de caractérisation du solide, nous avons choisi une présentation qui aide l'utilisateur ou le concepteur à retenir une méthode de caractérisation plutôt qu'une autre, en partant des propriétés spécifiques des céramiques.
Il s'agit de présenter pour chaque technique le principe et les modes opératoires sans entrer dans le détail, chacune d'elles faisant l'objet en général d'un ou plusieurs ouvrages. Pour approfondir les aspects théoriques et pratiques de chaque technique, le lecteur est invité à consulter les articles correspondants.
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Caractérisations électriques et électroniques
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6. Caractérisations thermiques
6.1 Paramètres thermiques
L'analyse dilatométrique [P 1 280] consiste à mesurer les variations dimensionnelles d'un échantillon avec la température. Il existe de nombreuses méthodes de détermination de la dilatation thermiques des solides. Pour l'analyse dilatométrique des céramiques, sont utilisés généralement des dilatomètres horizontaux ou verticaux à poussoir [P 1 280].
Dans le cas des céramiques, l'analyse dilatométrique d'un échantillon de poudre compressée rend compte à la fois de la dilatation thermique de la poudre et de la réduction volumique due aux phénomènes de frittage. La figure 34 représente la courbe de suivi de la variation relative de longueur (ΔL /L 0 où ΔL représente la différence de longueur mesurée et L 0 la longueur initiale du comprimé) d'une céramique en fonction de la température. On observe trois étapes en fonction de la température [AF 6 620] :
-
une augmentation initiale de longueur qui correspond à la dilatation thermique de l'échantillon ;
-
une diminution importante qui caractérise la densification du matériau ; cette partie est associée à l'élimination de la porosité avec le point d'inflexion correspondant à la température optimale de frittage ;
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enfin, une nouvelle augmentation qui s'apparente au grossissement anormal...
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Caractérisations thermiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - EBERHART (J.-P.) - Analyse structurale et chimique des matériaux. - Dunod (1997).
-
(2) - HAUSSONNE (J.-M.), CARRY (C.), BOWEN (P.), BARTON (J.) - Céramiques et verres : principes et techniques d'élaboration. - Presses polytechniques et universitaire romandes (2005).
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(3) - MARTIN (J.-L.), GEORGE (A.) - Caractérisation expérimentale des matériaux II. - Presses polytechniques et universitaire romandes (1998).
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(4) - MENECIER (S.), LABBE (J.-C.), LEFORT (P.) - Copper tracks processing on alumina by laser cladding : elaboration and characterization. - J. Eur. Ceram. Soc., vol. 29, p. 1755-1762 (2009).
-
(5) - MENECIER (S.), JARRIGE (J.), LABBE (J.-C.), LEFORT (P.) - Identification of parameters involved in the bonding of copper tracks on alumina substrates by a laser process. - J. Eur. Ceram. Soc., vol. 27, p. 851-854 (2007).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Spécification géométrique des produits (GPS) – État de surface : méthode du profil – Termes, définitions et paramètres d'état de surface - ISO 4287 - 1997
-
Isolation thermique – Détermination de la résistance thermique et des propriétés connexes en régime stationnaire – Méthode de la plaque chaude gardée - ISO 8302 - 1991
-
Produits réfractaires – Détermination de la résistance pyroscopique (réfractarité) - ISO 528 - 1983
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