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RÉSUMÉ
Les céramiques modernes sont différentes des céramiques traditionnelles et sont appelées « techniques », « industrielles » ou « thermomécaniques ». Ces céramiques industrielles sont caractérisées par leur caractère réfractaire marqué et de grandes duretés. Leur médiocre ténacité explique leur sensibilité à la présence de défauts, d'où leur réputation d´être peu résistantes et cassantes. Parmi toutes les caractéristiques intéressantes de ces céramiques, leurs propriétés mécaniques, thermo-mécaniques et tribologiques sont un avantage dans leur utilisation. Cet article se concentre essentiellement sur leur comportement tribologique.
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Mathias WOYDT : Diplômé en Métallurgie et Science des Matériaux, Université Technique de Berlin, Docteur en Sciences des Matériaux - Directeur de la division « Tribologie, protection contre ĺusure » à BAM ĺInstitut Fédéral pour la Recherche et ĺEssai des Matériaux, Berlin
INTRODUCTION
Les céramiques modernes sont différentes des céramiques traditionnelles (carrelage, matériaux de construction, porcelaine) ; on les distingue par des adjectifs tels que « techniques », « industrielles » ou « thermomécaniques ».
Les céramiques industrielles sont caractérisées par leur caractère réfractaire marqué et de grandes duretés. Leur médiocre ténacité explique leur sensibilité à la présence de défauts, d'où leur réputation d´être peu résistantes et cassantes.
Les céramiques techniques sont utilisées pour :
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leurs propriétés électriques ou diélectriques ;
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leurs propriétés magnétiques et de supraconducteurs ;
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leurs propriétés optiques ;
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leurs propriétés chimiques ;
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leurs propriétés biologiques ;
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leurs propriétés nucléaires.
En outre, elles sont employées pour leurs propriétés mécaniques, thermo-mécaniques et tribologiques, ainsi que pour leur tenue face à la corrosion. Nous allons nous concentrer sur leur comportement tribologique.
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- Version courante de déc. 2019 par Mathias WOYDT
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2. Propriétés tribologiques
Le tableau 1 compile les propriétés mécaniques et thermophysiques déterminant le comportement tribologique des céramiques monolithiques. En comparaison avec le 100Cr6, les modules d'élasticité des céramiques sont beaucoup plus élevés, ce qui augmente les contraintes (pressions) hertziennes. La conductibilité thermique détermine ĺévacuation ou la dissipation des pertes d'énergie par frottement, surtout en frottement à sec [BM7006]. La grande conductibilité thermique du SiC, assurant une très bonne évacuation de l'énergie dissipée, représente un argument de poids pour son utilisation dans certains joints dynamiques et paliers de glissement industriels. Le SiSiC, qui est obtenu par réaction entre un mélange de poudre de carbone et de carbure de silicium mis en présence de silicium liquide à une température supérieure à 1 400 °C (contient environ 8 à 15 % de silicium libre), est une autre nuance de SiC avec une très grande conductibilité thermique.
On pense couramment que la grande dureté des céramiques les protège contre ĺusure abrasive et le grippage. Cette perception est une conséquence du modèle proposé par Rabinowicz (voir paragraphe 3.1), qui relie le volume d´usure à la micro-dureté des abrasifs et des matériaux sollicités.
La ténacité et la population inclusionnaire ont une forte influence sur la résistance à la fatigue de roulement. Dans le cas du Si3N4, les surfaces très lisses, la densité réduite et ĺabsence d´inclusion compensent au niveau fonctionnel la ténacité réduite et le module d'élasticité élevé. Il faut aussi noter l'avantage que procure le fait qúune augmentation de température ne produit pas de diminutions de dureté significatives ou des changements microstructuraux par recuit pour les nitrures de silicium, comme c'est le cas pour les aciers.
Les céramiques composites sont formées de plusieurs types d´oxydes ou d´hydroxydes, ce qui donne un grand choix pour obtenir que les surfaces śadaptent bien par tribo-oxydation aux sollicitations (voir paragraphe 3.2), surtout en frottement à sec (température et vitesse).
À cause de leur conductibilité électrique, elles peuvent être usinées par électro-érosion (EDM pour electrical discharge machining).
2.1 Essais tribologiques
Les principes de réalisation...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RICHARD (C.) - Tribology at high temperature: comparison of the tribological behaviour of ceramic composites against steel at 700 oC in unlubricated and water lubricated conditions. - 21th Int. Conf. on Surface Modification Technologies XXI (SMT21) – 24/26 September 2007, Paris. Sci Editors: T. S. Sudarshan and M. Jeandin – Valars Docs.
-
(2) - KLAFFKE (D.) - Fretting Wear of Ceramics, - Tribology International, 1989, Vol. 22, No. 2, p. 89-101.
-
(3) - KLAFFKE (D.) - Rost – und säurebeständige Stähle bei ungeschmierter oszillierender Gleitbewegung, - Tribologie&Schmierungstechnik, Jg. 37, Heft 4, 1990, p. 210-215.
-
(4) - KLAFFKE (D.) - On the repeatability of friction and wear results and on the influence of humidity in oscillating sliding tests of steel-steel pairings, - WEAR 189 (1995) p. 117-121.
-
(5) - WOYDT (M.) et HABIG (K.-H.) - High temperature tribology of ceramics, - Tribology International, Vol. 22, (1989), No. 22, p. 75-88.
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