Céramiques et verres isolants pour l’électrotechnique et l’électronique

La notion d’isolation électrique relève naturellement d’une fonction consistant à séparer dans des circuits électriques ou électroniques des conducteurs ou des composants portés à des potentiels électriques différents, que ce soit dans le domaine des très hautes tensions ou, à l’opposé, de tensions électriques très faibles. Les matériaux assurant cette fonction s’opposent donc au passage d’un courant électrique. Ils sont appelés « isolants ». Ils peuvent être constitués par exemple de gaz, de papiers, d’huiles ou de minéraux tels des micas. Beaucoup d’entre eux sont des porcelaines, des oxydes ou des nitrures élaborés par une technologie céramique ou encore des verres.

Le matériau, dans cette application d’isolation, n’a d’autre fonction que d’isoler électriquement des objets, conducteurs ou non, portés à des potentiels électriques différents. Il peut être également recherché d’exploiter les propriétés diélectriques associées aux propriétés d’isolation soit par exemple lors de la réalisation de condensateurs, ou encore pour assurer l’interconnexion entre divers composants rassemblés en un dispositif électronique travaillant à très haute fréquence.

Cette notion d’isolation électrique peut être considérée également de manière beaucoup plus large en incluant des applications où les matériaux peuvent être isolants ou conducteurs en fonction de la température ou du gradient de tension électrique qui leur est appliqué.

Les matériaux dont la propriété recherchée est, par exemple, la caractéristique magnétique ou la piézoélectricité, mais qui ne pourrait être exploitée sans qu’ils ne soient, par ailleurs, isolants seront, enfin, évoqués.

Un bref rappel permet au début du document de comprendre les différences fondamentales existant entre les verres et les céramiques :

• les verres sont des matériaux que l’on peut décrire comme des liquides dont la très forte viscosité à température ambiante permet de les assimiler à des solides amorphes ;

• les céramiques sont des matériaux présentant une structure cristalline, caractérisés par une microstructure formée de grains et de joints de grains.

Les différents mécanismes de conduction électrique dans le volume et à la surface des matériaux cristallins que sont les céramiques et des matériaux amorphes que sont les verres sont ensuite décrits. Enfin, des compositions permettant aux céramiques et aux verres d’être qualifiés de « matériaux isolants » sont succinctement présentées.