Applications des analyses thermiques avec la céramique et le verre
Derrière les termes de verre et de céramique se cachent aujourd’hui une multitude de produits de haute technologie utilisés dans les domaines les plus divers. La diversité s’étend du simple verre à vitres et des céramiques utilisées à des fins décoratives jusqu’aux matériaux haute performance qui n’ont pratiquement plus rien à voir avec les matériaux d’origine.
Aperçu des céramiques grossières et fines
Les céramiques peuvent être divisées en céramiques grossières et céramiques fines. Les céramiques grossières utilisent des matières premières naturelles, c’est pourquoi on parle de céramique classique.
Les céramiques fines, en revanche, utilisent des matières premières synthétiques préparées, la taille des grains étant ici < 0,1 mm. C’est le domaine de la céramique technique.
La céramique haute performance, ou céramique d’ingénierie, occupe une place particulière. Elle est utilisée partout où d’autres matériaux atteignent leurs limites, par exemple sous des charges énormes, à des températures extrêmes, sous tension électrique ou comme implant dans le corps humain.
Mais la céramique est également présente dans la cuisine, par exemple sous la forme de poêles en céramique ou de vaisselle pour le four à micro-ondes. Pour ce faire, la céramique est généralement émaillée afin de conférer au matériau de base, qui est en fait poreux comme du cristal, une surface vitreuse, fermée et donc imperméable à l’eau.
- Céramique de silicate : Matériaux poreux en céramique de silicate, Matériaux denses en céramique de silicate
- Matériaux réfractaires : Densité, produits réfractaires moulés, produits réfractaires non moulés, briques légères et isolantes réfractaires,
matériaux céramiques fibreux - Céramique technique : Céramique d’oxydes, Matériaux électrocéramiques, Magnétocéramique, Biocéramique, Céramique non oxydée
- Matériaux composites : métal-céramique ou matériaux composites à base de fibres
Groupes de matières premières des céramiques
- Silicates : Matières premières plastiques: minéraux argileux, kaolins, Matières premières non plastiques: par ex. quartz, feldspath
- Oxydés : par ex. Al2O3, BeO, ZrO2, MgO, Al-Titanate, CaSiO3, MgO, etc.
- Non oxydés : par ex. SiC, BN, Si3N4, B4C, AlN, TiB2, etc.
- Organiques : polymères organiques contenant du Si
- Synthétiques : procédé Bayer (Al2O3 – H2Oa-Al2O3), procédé Acheson (SiC), synthèse hydrothermale (monocristaux de quartz) Condensation et pyrolyse de précurseurs organométalliques (fibres SiC)
- Additifs organiques : par ex. dispersant, liants temporaires
Propriétés analysables des céramiques dans le cadre de l’analyse thermique
En général, l’analyse thermique permet de déterminer les propriétés les plus diverses. La liste montre les propriétés analysables réparties en propriétés thermiques, mécaniques, électriques, magnétiques et chimiques.
L’analyse thermique offre la possibilité de déterminer ces propriétés et de procéder ainsi à des optimisations ciblées.
Ainsi, la matière première peut être préparée de manière idéale ou les paramètres du processus peuvent être réglés de manière optimale. Cela permet non seulement d’obtenir un produit final optimisé, mais aussi d’économiser de l’énergie au cours des différentes étapes du processus.
- Thermique : dilatation thermique, conductivité thermique, conductivité thermique, capacité thermique spécifique
- Mécanique : dépendance de la rigidité à la température, module d’élasticité et de déformation
- Électrique : conductivité électrique, coefficient Seebeck
- Magnétique : température de Curie
- Chimique : en partie composition ou composants
Applications possibles de l’analyse thermique avec des céramiques
Les propriétés analysables par analyse thermique décrites ci-dessus peuvent être utilisées de manière ciblée pour améliorer les propriétés, les paramètres de processus ou l’efficacité énergétique, depuis la fabrication des matières premières jusqu’au produit final.
- Production de matières premières : contrôle de qualité : i.O./n.i.O. (minéraux argileux), degrés de pureté (teneur en quartz), optimisation de la production synthétique (Al2O3 (processus Bayer))
- Préparation de la masse : teneur en eau, additifs, finesse/grosseur des grains
- Mise en forme : teneur en eau
- Séchage : capacité thermique spécifique
- Traitement des ébauches : densité
- Émaillage : Composition chimique (application de l’émail)
- Frittage : optimisation des paramètres de frittage, additifs (brûlage ciblé)
- Traitement ultérieur : densité
- Produit final : mesure des propriétés thermiques, mécaniques, électroniques, propriétés magnétiques, chimiques (conductivité thermique, capacité thermique spécifique)
Le verre dans l’analyse thermique
Le verre jouit lui aussi d’une popularité croissante en dehors de son champ d’application traditionnel. Depuis longtemps, il n’est plus seulement utilisé pour fabriquer des verres à boire, mais aussi du verre de sécurité, des plaques de cuisson en vitrocéramique ou des fibres optiques. Le verre utilisé comme emballage est devenu une évidence, tout comme les bouilloires en verre ou les éléments optiques utilisés en astronomie et dans l’aérospatiale.
Étant donné que les moindres écarts dans le matériau de base et dans le processus de production ont une influence défavorable sur les propriétés souhaitées des matériaux en verre et en céramique, les contrôles des matières premières et les prélèvements réguliers d’échantillons sont indispensables pour la gestion de la qualité. C’est la seule façon de déterminer quand la céramique se casse ou quand un certain type de verre fond ou brûle.
