Qu’est-ce que la céramique fine ?
Les matériaux dans le monde peuvent être divisés en trois catégories principales : les matériaux métalliques, les matériaux polymères organiques et les céramiques, parmi lesquelles les céramiques se caractérisent par leur grande dureté et leur stabilité thermique et chimique. Les céramiques conventionnelles sont appelées céramiques anciennes et sont formées par le mélange ou la cuisson de minéraux naturels dans du verre, du ciment ou de la céramique, tandis que les céramiques fines sont basées sur des processus chimiques.
Les céramiques fines sont fabriquées en contrôlant la composition chimique, la structure cristalline et la forme des particules dans le cadre d’un processus de fabrication bien maîtrisé. Elles sont donc mécaniquement, électroniquement, physiquement et chimiquement supérieures et hautement fonctionnelles par rapport aux anciennes céramiques. On dit que les céramiques fines ont vu le jour en 1940, lorsque l’application des céramiques aux produits industriels et le développement de nouvelles fonctions sont devenus populaires.
Utilisations de la céramique fine
Les céramiques fines sont utilisées dans un large éventail de domaines en tant que matériaux structurels, électroniques, techniques, biologiques et magnétiques, par exemple dans les composants électroniques, les équipements industriels, les dispositifs médicaux et d’autres équipements nécessaires aux opérations de fabrication.
Dans les équipements de fabrication de semi-conducteurs et de cristaux liquides, les éléments, appelés wafers, sont traités. Les céramiques fines sont utilisées pour fixer les plaquettes sur l’équipement et polir les surfaces.
Dans les équipements médicaux, les céramiques fines sont utilisées pour les instruments chirurgicaux, les pièces d’implants et les pièces d’isolation contre les rayons X pour les équipements de radiothérapie.
De plus, les céramiques fines sont également utilisées dans les équipements d’information, l’environnement, l’énergie, l’aérospatiale et les composants de l’industrie électronique.
Caractéristiques des céramiques fines
Les céramiques fines sont difficiles à définir, on les définit comme des “matériaux inorganiques non métalliques dotés de nouvelles fonctions ou propriétés, fabriqués en contrôlant avec précision leur composition chimique, leur structure cristalline, leur microstructure et leurs joints de grains, leur forme et leur processus de fabrication”.
Le processus de fabrication des céramiques fines commence par la préparation des matières premières, suivie de la granulation, du façonnage, du traitement brut, de la cuisson, du traitement secondaire et de l’inspection.
Les céramiques fines sont fabriquées à partir de poudres de matières premières plus granuleuses ou plus pures que les céramiques ordinaires, et dont la structure est contrôlée au niveau micro ou nanométrique à l’aide d’équipements de précision. Les céramiques fines sont particulièrement utiles à l’intérieur des équipements industriels, où la chaleur peut facilement s’accumuler, car leurs propriétés thermiques sont supérieures à celles des métaux et des matériaux organiques.
En revanche, les céramiques fines présentent l’inconvénient d’être fragiles et difficiles à mettre en œuvre. Comme elles sont formées à partir de matières premières en poudre, elles peuvent se fissurer sous l’impact d’une chute, même d’un endroit élevé. Il est donc également difficile de transformer les céramiques fines une fois qu’elles ont été façonnées d’une manière ou d’une autre.
Types de céramiques fines
Les céramiques fines peuvent être divisées en deux grandes catégories. La première est la céramique technique, à laquelle on ajoute un processus de cuisson, et qui ne peut être que meulée et polie, mais qui présente une excellente résistance à l’usure. Les matériaux comprennent l’alumine, le nitrure de silicium et la zircone.
D’autre part, les céramiques qui n’ont pas subi de processus de cuisson sont appelées céramiques usinables et sont plus faibles que les céramiques techniques, mais peuvent être usinées. Ces matériaux comprennent l’hortobel, la macérite et le macor.
Les céramiques fines sont également disponibles dans une variété de matériaux et ont des propriétés différentes selon le matériau. Voici quelques matériaux céramiques typiques.
Alumine (Al2O3)
L’alumine, oxyde d’aluminium, est la céramique la plus polyvalente. Elle se caractérise par une excellente isolation électrique, une résistance à l’usure, une résistance à la chaleur et une stabilité chimique, tout en étant très bon marché.
Zircone (ZrO2)
La zircone présente une résistance et une ténacité excellentes et est parfois utilisée en combinaison avec des métaux, car son coefficient de dilatation thermique est proche de celui des métaux. Elle est également utilisée pour les lames de ciseaux, ce qui est difficile à réaliser avec les céramiques.
Carbure de silicium (SiC)
Le carbure de silicium est un composé fabriqué par l’homme qui n’existe pas à l’état naturel ; il présente une excellente résistance à des températures allant jusqu’à 1500°C, est léger et présente une excellente résistance à la corrosion. En raison de ces caractéristiques, il est utilisé comme matériau résistant à la chaleur, par exemple dans les pièces entourant les appareils de chauffage.
Il existe une large gamme d’autres types de céramiques fines, y compris des céramiques spéciales telles que les céramiques poreuses et les céramiques transparentes. Il est important de choisir des céramiques fines dont les matériaux et les propriétés sont adaptés à l’environnement dans lequel elles seront utilisées.