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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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3. Mécanismes de fonctionnement
3.1 Facteurs initiant ĺusure des céramiques
Les céramiques ne sont pas immunisées contre plusieurs mécanismes initiant leurs usure sévère, tels que :
-
les transitions de phase (ZrO2) ;
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la tension intergranulaire à cause des anisotropies élastiques et thermophysiques du cristal (Si3N4, Al2O3) ;
-
la sublimation des oxydes (WC, WO3) ;
-
la formation par tribo-oxydation de couches vitreuses (SiO2-B2O3, voir section 3.2) ;
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la faible ténacité.
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Transition de phases
La faible diffusivité thermique de la zircone génère des fortes températures éclair dans les micro-aspérités. Si les températures éclair atteignent la région de stabilité de la phase cubique (environ 1 400 °C pour MgO-ZrO2 et environ 2 200 °C pour Y2O3-ZrO2 à 3 % mol.), tous les constituants tétragonaux et monocliniques se transforment en phase cubique, ce qui induit une réduction du volume cristallographique et la création de contrainte résiduelle de traction à la surface (et entre les cristaux) , notamment dans les micro-aspérités. Cela explique la forte augmentation du taux d´usure lors de l'augmentation de la vitesse de glissement par fissuration (voir figure 3).
Notala composition triphasée des MgO-ZrO2 (PSZ pour partially stabilized zirconia c'est-à-dire de la zircone partiellement stabilisée) comporte environ 50 % de phase tétragonale, 40 % de phase cubique, 10 % de phase monoclinique, sous forme de fins précipités tétragonaux métastables dans une matrice cubique et des précipités monocliniques intergranulaires. Les Y2O3-ZrO2...
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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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