Céramiques transparentes - Caractérisation, propriétés et applications

De par leur nature et les procédés de fabrication utilisés, les céramiques transparentes doivent permettre de combiner les propriétés des monocristaux (compacité, pureté, homogénéité) et les caractéristiques des céramiques (facilité de mise en forme, pièces de grande taille, flexibilité de composition). Elles permettent aussi d’accéder à des performances thermo-mécaniques exacerbées (résistance mécanique, ténacité, résistance aux chocs thermiques), ce qui les rend particulièrement adaptées pour des applications où de fortes contraintes thermiques et/ou mécaniques sont exercées.

Plusieurs compositions sont aujourd’hui élaborées sous forme de céramiques polycristallines transparentes, tels que l’alumine, le YAG Y₃Al₅O₁₂, le spinelle MgAl₂O₄, le fluorure de calcium CaF₂ ou le séléniure de zinc. La variété des matériaux disponibles permet de couvrir une large gamme d’applications, telles que l’éclairage, l’horlogerie, le blindage ou les lasers de puissance. Néanmoins, une des principales limites des céramiques transparentes polycristallines obtenues par frittage de poudres reste la présence de défauts résiduels, en particulier la porosité, qui altèrent leur transparence optique par diffusion de la lumière. La caractérisation de ces défauts, qui reste peu aisée du fait de leur très faible proportion dans les céramiques transparentes (< 0,1 % vol.), nécessite l’utilisation de techniques adaptées.

La première section de cet article vise à présenter des méthodes de caractérisation qui permettent d’accéder à la nature et, éventuellement, à la quantité de défauts résiduels dans des céramiques transparentes en vue de l’optimisation de leur fabrication. Une deuxième section détaille les propriétés physico-chimiques des céramiques transparentes les plus courantes, ainsi que des exemples d’applications industrielles et scientifiques.

Les propriétés générales et les procédés de fabrication des céramiques transparentes ont été détaillés dans l’article [E 6 418].

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des notations utilisées.