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1 - TECHNOLOGIE CÉRAMIQUE ET COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES

2 - TECHNOLOGIE DE FABRICATION ET FRITTAGE

3 - PROPRIÉTÉS DES MATÉRIAUX CÉRAMIQUES

4 - ÉLABORATION DE FONCTIONS

5 - CONCLUSIONS

| Réf : E1820 v1

Technologie de fabrication et frittage
Céramiques pour composants électroniques

Auteur(s) : F. Jean-Marie HAUSSONNE

Date de publication : 10 juin 1996

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Auteur(s)

  • F. Jean-Marie HAUSSONNE : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Céramique Industrielle de Sèvres - Professeur des Universités, École d’Ingénieurs de Cherbourg rattachée à l’Université de Caen Basse Normandie

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INTRODUCTION

Une céramique est un matériau inorganique polycristallin, présentant une microstructure complexe de grains et de joints de grains, et élaboré par une technologie particulière appelée technologie céramique. La structure et la microstructure en sont définies lors du cycle d’élaboration, qui transforme des matières premières le plus souvent pulvérulentes en un matériau dense, idéalement exempt de pores, et dont les propriétés tiennent de celles de ses grains mais aussi de son hétérogénéité. La phase technologique clé de l’élaboration d’une céramique est son frittage, qui est le cycle température-atmosphère‐temps au cours duquel les grains initialement mis au contact les uns avec les autres par des opérations de mise en forme se lient à la suite de l’action de divers mécanismes de transport pour ensuite acquérir la microstructure recherchée.

Le terme générique céramique recouvre des domaines aussi variés que celui des céramiques traditionnelles (réfractaires, sanitaires, tuiles et briques, carreaux, etc.) ou que celui des céramiques dites techniques : céramiques utilisées dans le cycle des combustibles nucléaires, céramiques à applications thermomécaniques ou céramiques à applications électroniques.

Les technologies d’élaboration de ces divers composants présentent de nombreux points communs, mais des spécificités d’applications ou de conception peuvent amener à avoir dans chaque cas particulier une approche sensiblement différente quant aux paramètres à étudier et à maîtriser. Il s’agit en fait de domaines techniques différents, même si les organigrammes d’élaboration sont semblables et la connaissance des autres indispensables à la maîtrise et à l’évolution de chaque domaine propre.

Cette spécificité tient essentiellement au fait que les propriétés recherchées du matériau tiennent autant de sa nature que de la technologie de mise en forme et de frittage. Selon les cas, les propriétés recherchées étant très éloignées les unes des autres, les philosophies menant à leur obtention sont applicables également aux diverses familles de céramiques pour l’électronique, bien qu’il soit souvent commode de les classer ensemble.

Les technologies céramiques des domaines traditionnels ou des domaines des composants et matériaux à applications thermomécaniques ou nucléaires ont été développées, car elles permettent d’obtenir soit des objets d’une forme et d’une fonctionnalité données pour un prix faible, soit des propriétés mécaniques alliées par exemple à un poids ou à une réfractarité remarquables, ou bien permettent la manipulation et la mise en œuvre d’éléments fissibles. Par contre, dans le cas des céramiques pour l’électronique, ce sont directement les propriétés liées à la structure du matériau et aux possibilités de transformation de ces propriétés par en particulier des substitutions qui sont le plus souvent exploitées, de même que la possibilité offerte par la technologie céramique de réaliser des microstructures complexes formées éventuellement de l’assemblage de matériaux distincts.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e1820


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2. Technologie de fabrication et frittage

2.1 Frittage d’une céramique

Le terme céramique ne recouvre pas un type de composition chimique, mais un mode de mise en œuvre particulier qui, partant de poudres, permet soit d’atteindre sur un matériau massif de géométrie donnée les caractéristiques inhérentes au matériau lui‐même, soit de créer, par la maîtrise de l’élaboration du matériau composite, des propriétés qui ne peuvent être celles d’un matériau homogène. Il permet de même la réalisation d’objets composites, formés de plusieurs matériaux distincts.

Une des phases finales du cycle d’élaboration du matériau céramique est le frittage. Lors d’une série de conférences prononcées en 1968 à l’Institut de Céramique Française et à l’École Nationale Supérieure de Céramique Industrielle de Sèvres, il a été proposé une définition du frittage.

« Le frittage est la consolidation par action de la chaleur d’un agglomérat granulaire plus ou moins compact, avec ou sans fusion d’un ou de plusieurs de ses constituants ».

Cette définition est, à l’heure actuelle, toujours valable, et n’a été supplantée par aucune autre. Nous allons en reprendre tous les termes afin de les expliciter.

  • Le matériau pris en compte est, au départ, en l’état d’un agglomérat granulaire, c’est-à-dire d’une poudre pouvant être décrite par une répartition granulométrique, une surface spécifique, formée de grains caractérisés par leur forme, leur nature, leur densité de défauts cristallins, leurs propriétés de surface, etc. ; ces grains sont disposés les uns par rapport aux autres de telle manière que chacun d’entre eux soit en contact mécanique avec au moins un autre, de même nature ou de nature différente.

  • L’agglomérat granulaire est plus ou moins compact, c’est-à-dire qu’il s’agit d’un agglomérat qui, microscopiquement parlant, possède une forme et une cohésion. Les grains sont simplement disposés les uns contre les autres, laissant place à de nombreux vides formant une porosité ouverte. Afin de le rendre plus aisément manipulable en raison de sa fragilité ou afin de rendre sa mise en forme plus aisée, des adjuvants organiques ou non peuvent être...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KINGERY (W.D.) -   Introduction to Ceramics.  -  J. Wiley et Sons, (1960).

  • (2) - BUCHANAN (R.C.) -   Ceramic Materials for Electronics.  -  Marcel Dekker, (1986).

  • (3) - LEVINSON (L.M.) -   Electronic Ceramics.  -  Marcel Dekker, (1988).

  • (4) - WASER (R.) -   Electroceramics IV, Proceedings of the 4 th International Conference on Electronic Ceramics and Applications.  -  Vol. 1 et 2, Verlag des Augustinus Buchhandlung, Aachen, (1994).

  • (5) - NIEPCE (J.C.), HAUSSONNE (J.M.) -   BaTiO3 : Matériau de base pour les condensateurs céramiques.  -  Septima, (1994).

  • (6) - HAUSSONNE (J.M.) -   Les matériaux sol-gel et organométalliques pour couches minces.  -  Septima, (1993).

  • ...

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