COURS ceramique

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Verres et céramiques Cours SGM1 - IUT de Chambéry









COURS


VERRES ET CERAMIQUES

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q Propriétés générales,
q Applications,
q Vitrocéramiques,
q Propriétés mécaniques,
q Mise en forme et assemblage.












L. FLANDIN

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Verres et céramiques Cours SGM1 - IUT de Chambéry
Table des matières

1 Les Verres et céramiques_________________________________________________ 5
1.1 Définition_________________________________________________________________ 5
1.2 Historique ________________________________________________________________ 5
1.3 Les verres et céramiques ____________________________________________________ 6
1.3.1 Les verres ______________________________________________________ 6
1.3.2 Céramiques vitrifiées______________________________________________ 8
1.3.3 Les céramiques techniques _________________________________________ 8
1.3.4 Ciment et béton __________________________________________________ 9
1.3.5 Les céramiques naturelles _________________________________________ 11
1.3.6 Les composites à base de céramiques ________________________________ 11
2 Microstructures des céramiques __________________________________________ 12
2.1 Céramiques ioniques et covalentes ___________________________________________ 12
2.1.1 Les céramique ioniques : __________________________________________ 12
2.1.2 Les céramique covalentes : ________________________________________ 12
2.1.3 Les céramiques ioniques simples :___________________________________ 12
2.1.4 Les céramiques covalentes simples : _________________________________ 15
2.2 La silice et les silicates _____________________________________________________ 16
2.3 Les verres de silice ________________________________________________________ 17
2.4 Les alliages de céramiques__________________________________________________ 18
2.5 La microstructure des céramiques ___________________________________________ 19
3 Les verres et les vitrocéramiques__________________________________________ 20
3.1 Notion de transition vitreuse ________________________________________________ 20
3.2 Températures caractéristiques du verre, relation avec la mise en œuvre____________ 21
3.2.1 Température de fusion ( ~10 Pa.s) __________________________________ 22
3 43.2.2 Température de mise en forme (10 < <10 Pa.s)______________________ 22
73.2.3 Température de ramollissement ( 10 Pa.s) __________________________ 22
123.2.4 Température de recuit ( 10 Pa.s) _________________________________ 22
12
3.2.5 Température de recuit ( 10 Pa.s) _________________________________ 22
13
3.2.6 Température de transition vitreuse ( 10 Pa.s) _______________________ 22
3.3 Formateurs et modificateurs de réseaux ______________________________________ 22
3.4 Propriétés générales des verres______________________________________________ 23
3.4.1 Propriétés optiques des verres ______________________________________ 23
3.4.2 Propriétés thermiques ____________________________________________ 24
3.4.3 Propriétés mécaniques____________________________________________ 24
3.4.4 Trempe thermique _______________________________________________ 25
3.4.5 Trempe chimique _______________________________________________ 25
3.5 Les vitrocéramiques _______________________________________________________ 26
3.6 Fabrication des verres industriels____________________________________________ 26
Elaboration ___________________________________________________________ 26
Mise en œuvre ________________________________________________________ 27
2 Verres et céramiques Cours SGM1 - IUT de Chambéry
Consomation :_________________________________________________________ 28
Durabilité chimique du verre : ____________________________________________ 29
Recyclage ____________________________________________________________ 29
4 Propriétés physiques des céramiques ______________________________________ 30
4.1 Propriétés mécaniques _____________________________________________________ 30
4.2 Propriétés thermiques 32
4.3 Fluage __________________________________________________________________ 32
4.4 Mise en forme et assemblage ________________________________________________ 32

3 Verres et céramiques Cours SGM1 - IUT de Chambéry




"Quand tu disposeras le plan d'un four à minéraux, tu
chercheras un jour favorable dans un mois favorable,
et alors tu disposeras le plan du four. Pendant qu'ils
construisent le plan du four, tu (les) regarderas et
tu travailleras toi-même (dans la maison du four) :
tu apporteras les embryons (nés dans le temps), un
autre, un étranger ne doit pas entrer, ni personne
d'impur ne doit marcher devant eux : le jour où tu
disposeras les minéraux dans le four, tu feras devant
l'embryon un sacrifice ; tu poseras un encensoir avec
de l'encens de pin, tu verseras de la bière Kurunna
devant eux. Tu allumeras le feu sous le four et tu
déposeras les minéraux dans le four. Les hommes que tu
amèneras pour prendre soin du four doivent se
purifier, et (après) tu les établiras pour avoir soin
du four. Le bois que tu brûleras sous le four sera du
styrax, épais, de grosses bûches écorcées, qui n'ont
pas été exposées en fagots, mais conservées sous des
enveloppes de peau, coupées dans le mois d'Ab. Ce bois
sera mis sous ton four".

Description du procédé de fabrication d'un verre dans
les tablettes de la bibliothèque du roi Assurbanipal à
Ninive (660-630 A.C.)


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Verres et céramiques Cours SGM1 - IUT de Chambéry

1 Les Verres et céramiques

La céramique, qui fut l'un des premiers arts utilitaires inventés par l'homme, est encore
aujourd'hui l'une de ses activités maîtresses.

1.1 Définition
Le mot "céramique" vient du grec "Keramos" signifiant "poterie". Ce mot grecque est lui-
même originaire d'une vieille racine Sanskrite désignant "faire brûler".



Bien que les céramiques soient généralement perçues comme servant à fabriquer des services
de tables des figurines, des vases ou des objets d'arts, la définition englobe un classe de
matériaux beaucoup plus large.
De manière générale, les céramiques sont définies comme des produits inorganiques qui ne
présentent pas un de propriétés métalliques.

1.2 Historique
Les céramiques, bien présentant un comportement fragile, ont été utilisées en tant que
matériaux de structure depuis l'antiquité.
Exemples :
• Pyramides de Gizeh = 1 000 000 de tonnes de céramique massive.
• Parthénon
• Muraille de Chine
Ce sont des matériaux constitués essentiellement d'oxydes, dont la cohésion est assurée par des
liaisons ioniques et/ou covalentes.

Tableau 1 : Avantages et inconvénients généraux des matériaux céramiques
Avantages Inconvénients
ü Résistance à la corrosion Ténacité (<< Métaux)
ü Résistance à l'usure
ü Résistance à l'endommagement
ü Résistance à la dégradation thermique
ü Résistance à la chimique
ü Résistance en compression
ü Isolation thermique & électrique




5 Verres et céramiques Cours SGM1 - IUT de Chambéry
Le terme de céramique étant très large, il englobe une vaste gamme de matériaux :
Ø céramiques traditionnelles
Ø oxydes purs
Ø verres
Ø carbures et nitrures
Ø ciment et bétons
Ø matériaux à base de Carbone

Ces matériaux possèdent alors une très large gamme d'applications :

Matériaux de construction :


Pièces détachées en céramique et produits pour l'industrie :
Par exemple des soupapes en céramique résistant aux acides et à la corrosion, des outils
tranchants et de machine à fraiser en céramique, plus durs que l'acier, et des boîtiers pour
puces en micro-électronique.

Bureautique :
Le tambour en silicium amorphe des imprimantes Ecosys est extrêmement résistant grâce à
ses substances en cé