Céramiques - Typologie des produits

La diversité des matériaux céramiques est particulièrement grande, comme l’a souligné l’article de présentation générale Céramiques. Caractéristiques et technologies [N4811]. Ceci est dû, d’une part, à la multiplicité des composés et, d’autre part, au grand nombre d’utilisations possibles de ces matériaux.

Concernant la multiplicité des composés céramiques, il suffit de rappeler qu’un matériau céramique est constitué d’un assemblage d’atomes métalliques (il en existe environ 80) avec certains non-métaux ou métalloïdes : l’oxygène, le carbone, l’azote, le bore et le silicium. (Il faut leur ajouter quelques composés covalents du bore et du silicium avec l’azote et le carbone aux propriétés particulières : Si₃N₄, SiC, BN, B₄C et B₄C₃.) Cela fait des milliers de composés céramiques possibles dès lors que l’on considère des associations de 2, 3 ou 4 sortes d’atomes différents, voire plus, sans parler des combinaisons de matériaux contenant des céramiques (matériaux composites).

Quant aux utilisations possibles de ces matériaux, elle est à l’image de la diversité de leurs propriétés. Globalement on peut admettre, en première approche, que les céramiques sont des matériaux durs, fragiles, à températures de fusion élevées, plutôt légers, bons isolants électriques et mauvais conducteurs thermiques. Mais il existe également des céramiques ou des composites céramiques qui échappent à ces cloisonnements : par exemple, le nitrure d’aluminium AlN pur est un conducteur thermique presque aussi bon que le cuivre et, autre exemple, on sait fabriquer des ressorts en céramique malgré la grande rigidité affichée de ces matériaux. Tout cela fait que les céramiques se retrouvent dans des milliers de produits différents, pour des applications extrêmement variées et qu’il faut donc absolument les classifier pour essayer de s’y retrouver.

Dans cet objectif, plusieurs typologies sont habituellement proposées. L’une repose sur les compositions des produits. On peut ainsi séparer les céramiques en oxydes, carbures, nitrures, borures, siliciures, silicates, et matériaux composites. Une autre classification usuelle se fonde sur les usages de ces matériaux, et c’est celle qui a été retenue ici, en considérant que l’ingénieur oriente le plus souvent son travail en fonction de la finalité des pièces ou des appareillages qu’il fabrique : l’utilisation des produits et leurs propriétés d’usage sont donc ses premières préoccupations. La typologie des matériaux céramiques présentée dans les pages qui suivent est ainsi fondée sur leur utilisation et, dans un souci de cohérence avec l’article [N4811], l’ordre choisi est celui donné dans le tableau 3 (§ 1.4) dudit article. Ce classement correspond aussi, d’une certaine façon, à un ordre chronologique puisque l’on y retrouve d’abord les céramiques d’art, qui ont sans doute été les premiers objets céramiques fabriqués au monde, il y a plusieurs millénaires, puis les céramiques liées au bâtiment (produits rouges et blancs), la céramique de table, pour ouvrir ensuite sur les céramiques techniques, les plus récentes, qui ont à peine plus d’un siècle, mais dont le développement actuel est tel qu’elles constituent évidemment la majeure partie de cet article. Pour chaque catégorie de produits, des indications sont fournies sur les volumes de production ou les chiffres d’affaires, dans la mesure où les données économiques et financières sont disponibles.

Précisément, au sujet des céramiques techniques, bien que la liste présentée contienne treize grands domaines d’application qui couvrent un champ extrêmement vaste, allant de l’électricité au médical, du nucléaire aux outils de coupe, le secteur reste très évolutif et il y a fort à parier que de nouvelles applications apparaîtront au cours des prochaines années, notamment avec les sauts technologiques associés aux nouvelles méthodes de fabrication, comme les technologies additives.

Enfin, il est clair que la présentation approfondie de chacune des applications ne pouvait être faite dans le cadre contraint de cet article, et le lecteur soucieux d’en savoir plus pourra trouver, au fil du texte, les références des articles parus dans la base documentaire des Techniques de l’Ingénieur, où les sujets traités sont développés de manière plus exhaustive.