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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8. Conclusion
Dans cet article, nous avons tenté de faire le point sur les différentes techniques de caractérisation des céramiques. Pour éviter l'écueil d'une présentation sous forme de catalogue de toutes les techniques existantes, nous avons essayé de donner une ou plusieurs méthodes d'analyse du matériau céramique en fonction de la propriété analysée. Cette présentation est associée à une description de chaque technique, qui ne pouvait être que très sommaire pour éviter d'alourdir le contenu, l'accent étant mis sur ce qu'il fallait attendre des méthodes présentées, afin d'aider l'expérimentateur dans le choix de celle la plus à même de répondre à son problème.
Ces dernières décennies, le panel des méthodes de caractérisation s'est considérablement élargi pour répondre aux exigences techniques des différents acteurs du domaine des céramiques que sont les chercheurs, les élaborateurs et les utilisateurs de ce type de matériaux. Ainsi, le prix des analyses « classiques » (MEB, porosité, DRX…) connaît une baisse significative grâce à la diffusion quasi générale des appareillages de caractérisation à faible coût d'achat.
Nous n'avons pas abordé dans cet article toutes les techniques de caractérisation, et notamment celles utilisant la diffraction des neutrons, ou bien le rayonnement synchrotron, qui sont pourtant très performantes dans la caractérisation des matériaux céramiques. Ces appareils sont localisés au sein de grands centres de recherche, comme le synchrotron SOLEIL situé au CEA de Saclay à Saint-Auban (Essonne). Comme ces appareils sont difficiles d'accès, ces techniques sont réservées au domaine de la recherche fondamentale et ne sont pas utilisées pour la caractérisation classique des céramiques.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - EBERHART (J.-P.) - Analyse structurale et chimique des matériaux. - Dunod (1997).
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(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).
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(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
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Spécification géométrique des produits (GPS) – État de surface : méthode du profil – Termes, définitions et paramètres d'état de surface - ISO 4287 - 1997
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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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