Article de référence | Réf : N4812 v1

Conclusion
Céramiques - Typologie des produits

Auteur(s) : Pierre LEFORT

Relu et validé le 02 août 2023

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RÉSUMÉ

Le nombre de produits fabriqués en céramique est considérable. Ces produits sont utilisés pour des applications extrêmement diversifiées, allant des matériaux de construction aux composants électroniques. Ils ont en commun le type de composition et une partie de leurs méthodes de fabrication. Leurs tailles varient de plus de 1 mètre à moins de 1 micron. Cet article en dresse une liste aussi complète que possible en quelques pages, en proposant une typologie visant à aider le lecteur à s'y retrouver, face au foisonnement des produits concernés.

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ABSTRACT

Ceramics. Products Typology

A very great number of ceramic products are available. These products are used for extremely diverse applications, ranging from building materials to electronic components. They have in common their type of composition and part of their manufacturing methods. Their sizes range from more than 1 m to less than 1 ?m. This article draws up a list, as complete as possible in a few pages, proposing a typology aimed at giving the reader a general overview of the plethora of products concerned.

Auteur(s)

  • Pierre LEFORT : Professeur - Centre européen de la céramique - Institut de recherche sur les céramiques (IRCER) UMR CNRS 7315 Université de Limoges, Limoges-France

INTRODUCTION

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.

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KEYWORDS

Bioceramics   |   ceramics classification   |   ceramic products   |   ceramics uses

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-n4812


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5. Conclusion

Quoique connues depuis des millénaires au travers de leurs applications dans des domaines aussi variés que l’art, la vaisselle ou la construction, les céramiques ne se sont véritablement développées dans leurs utilisations dites techniques qu’à partir de la seconde moitié du XXe siècle. En science des matériaux, s’il est possible d’affirmer que le XIXe siècle a été celui des métaux, le XXe siècle celui des polymères, il apparaît maintenant probable que le XXIe siècle sera celui des céramiques, tant ces matériaux s’installent progressivement dans notre vie quotidienne et permettront des réalisations techniques jusqu’à présent considérées comme impossibles allant de l’électronique au médical, de l’aérospatial au nucléaire.

L’étendue du sujet est telle qu’il était difficile de résumer chacun des items abordés ici sans tomber dans l’approximation. C’est cependant ce qui a été tenté, cet article ne prétendant pas à l’exhaustivité mais visant cependant à donner un aperçu aussi exact que possible de la complexité et de la multiplicité du monde des céramiques.

En particulier, après la présentation générale de cette classe de matériaux, de ses spécificités et de ses méthodes de fabrication dans l’article [N4811], abondamment cité au fil du présent article, la classification par usage qui a été retenue visait à rendre rapidement accessible ce que recouvre chacune de ses applications. Le lecteur soucieux de connaître les détails de la fabrication ou de l’utilisation de tel ou tel produit est invité à se reporter aux différentes ressources des éditions Techniques de l’Ingénieur citées au fur et à mesure de leur appel dans le texte. Ces ressources sont en effet très fournies et font le point sur les avancées les plus récentes dans le champ des céramiques au travers d’articles nombreux et actualisés. Concernant les autres références bibliographiques, parmi les centaines de milliers de références...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HAUSSONNE (J.M.) -   Céramiques pour l’électronique et l’électrotechnique,  -  Lausanne (2002).

  • (2) - DUGUEY (S.) -   Étude du cofrittage de matériaux diélectriques et magnétiques pour composants passifs intégrés.  -  Thèse de doctorat, Université de Bordeaux 1 (2007).

  • (3) - MESLIN (S.) -   Infiltration et croissance des céramiques YBa2Cu3O7−δ texturées à structure perforée : relations microstructures et propriétés supraconductrices.  -  Thèse de doctorat, Université de Caen (2016).

  • (4) - RAVAUX (A.) -   Réalisation et étude de dépôts composites multi-échelle élaborés par projection plasma pour applications tribologiques à hautes températures.  -  Thèse de doctorat, Université de Limoges (2014).

  • (5) - MAHIAT (Y.) -   La zircone : cette méconnue,  -  Stratégie...

ANNEXES

  1. 1 Annuaire

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