Céramiques d'ingénierie – La clé des solutions industrielles avancées

Les céramiques techniques sont dures, matériaux non métalliques conçus pour résister à des températures extrêmes, des carreaux de céramique utilisés sur les navettes spatiales aux couronnes dentaires. Les céramiques techniques ont de nombreuses applications, de l'aérospatiale à la dentisterie..

Les céramiques techniques avancées sont constituées d'oxydes purs, carbures et nitrures tels que l'alumine (Al2O3), carbure de silicium, SiC et zircone, ce qui les rend difficiles à usiner sans les connaissances et équipements spéciaux des professionnels de l'ingénierie céramique..

Alumine

Alumine (oxyde d'aluminium, Al2O3) est l'une des céramiques techniques les plus fréquemment utilisées. C’est très adaptable, dur, et ses propriétés isolantes le rendent adapté aux conditions de fonctionnement difficiles qui submergeraient les céramiques plus sophistiquées, et vous le trouverez souvent dans les produits blancs ou dans les composants de haute technologie comme les revêtements de four ou les creusets..

Lorsque vous travaillez avec de la céramique d'alumine, leur microstructure globale est déterminée par les matières premières utilisées, procédés de fabrication employés et techniques de façonnage utilisées. Cela affecte finalement sa durabilité et sa précision dimensionnelle.

Une fois la forme et la taille souhaitée obtenues, l'alumine peut être densifiée par frittage. Il s'agit de placer l'objet brut maintenu avec de la colle dans un four où la diffusion atomique et moléculaire réduit la porosité., produire un produit plus dense avec une résistance et une ténacité accrues.

Les ingénieurs incorporent souvent d'autres ingrédients dans les céramiques à base d'alumine en fonction de l'application.. Les additifs courants comprennent:

Silicium

Les céramiques en nitrure de silicium présentent une faible dilatation thermique et une résistance aux chocs thermiques, avec d'excellentes propriétés d'isolation électrique et aucun problème de corrosion et d'oxydation. En raison de ces attributs, les céramiques de nitrure de silicium constituent un excellent matériau industriel; en particulier, leur capacité à résister à des températures élevées les rend adaptés aux buses de combustion et aux flammes., tubes à jet et réfractaires dans les installations de désulfuration des fumées, roulements/matrices en céramique pour le travail des métaux ainsi que pièces de contact qui doivent résister à un frottement continu contre des particules abrasives dures circulant dans des environnements à vitesse/pression élevées – toutes les caractéristiques d'une utilisation de matériaux de qualité!

Céramique technique’ les propriétés distinctives ont conduit à l'invention de nombreux nouveaux produits innovants utilisés dans la défense nationale, aérospatial, industries de l'automobile et des machines – transformer le marché mondial de la céramique en un $60 milliards d'affaires!

Les propriétés des matériaux céramiques sont déterminées par leur chimie et leur microstructure. Leurs performances peuvent être modifiées par différentes techniques de traitement ou par l'ajout d'éléments à sa structure céramique de base., avec ses propriétés modifiées en utilisant différentes techniques de traitement ou en ajoutant des éléments à sa structure céramique de base. Les particules céramiques à l'échelle nanométrique affectent également le comportement global en termes de composition chimique et de réactivité ainsi que les propriétés mécaniques telles que la ténacité. – selon le modèle Faber-Evans, le durcissement de la céramique augmente avec la déviation des fissures ou la courbure des particules de la deuxième phase au sein de leur matrice et la distribution de la morphologie des particules, rapport hauteur/largeur ou espacement interparticulaire – donnant lieu à leurs propriétés de trempe qui contribuent grandement à la déviation ou à la courbure des fissures, la déviation/courbure des fissures est encore améliorée par la distribution des facteurs de morphologie des particules/rapport d'aspect/espacement interparticulaire. Le durcissement a également augmenté en utilisant diverses techniques de traitement qui ajoutent des éléments à sa composition/structure/compilation céramique de base..

Bore

En tant qu'étudiant en ingénierie céramique, vous acquerrez une expérience pratique en travaillant avec divers matériaux et processus. Dès la deuxième année, vous suivrez quatre cours de base en laboratoire, participer à des projets de recherche innovants au premier cycle, accéder aux mines’ atelier chaud de verre sur le campus pour les séries de production et travaillez en étroite collaboration avec les conseillers pédagogiques pour développer de nouvelles céramiques améliorées pour votre projet de thèse senior.

Les céramiques techniques ont connu un développement rapide au cours des dernières décennies, offrant une vaste sélection de matériaux très polyvalents capables de résister à une gamme de températures et d'environnements. Leurs propriétés dépendent à la fois de leur composition, microstructure et conditions d'utilisation – rendant chaque céramique différente selon sa composition exacte, microstructure ou conditions d'utilisation.

Les processus de frittage qui forment les composants céramiques jouent un rôle important dans la formation de leurs caractéristiques physiques finales. La croissance des grains joue un rôle central, impactant sur sa structure finale et ses performances mécaniques; toute distribution irrégulière de la taille des grains pourrait altérer considérablement les structures et les propriétés mécaniques des produits céramiques finaux..

Le carbure de bore est un matériau indispensable pour les applications céramiques à fortes contraintes telles que les outils de coupe, filières et perforatrices, juste derrière le diamant en termes de dureté. Le carbure de boroni présente également d'excellentes propriétés de conductivité thermique et d'isolation électrique, ce qui en fait le matériau idéal pour les appareils électroniques de haute puissance et les revêtements résistants à l'usure pour les équipements miniers et de traitement des minéraux..

Boride

Le bore peut améliorer considérablement la stabilité à haute température des oxydes métalliques. En outre, ce matériau sert de phase céramique de renforcement dans les composites à matrice métallique; spécifiquement des céramiques en carbure de bore (BCN), carbure de hafnium-tantale (HfTaC), ou zircone pour utilisation comme applications de protection contre l'usure.

Les céramiques contenant du bore peuvent être fragiles, Pourtant, leur résistance à la rupture plus élevée leur permet d'absorber une plus grande énergie d'impact sans se briser.. En outre, ces matériaux offrent une excellente résistance chimique et des performances à l'abrasion leur permettant de remplacer les métaux durs dans de nombreuses applications.

En raison de leurs propriétés de liaison ionique ou covalente, la plupart des céramiques ne présentent pas de déformation plastique à température ambiante et possèdent donc moins de ductilité que les métaux. Néanmoins, les céramiques peuvent encore présenter des déformations plastiques importantes à des températures plus élevées où les mécanismes de fracture diffèrent considérablement de ceux des métaux.

Les céramiques à base de bore combinent une faible densité spécifique avec une forte résistance mécanique pour les rendre attrayantes pour une utilisation dans de nombreuses applications différentes.. Leur résistance à l'usure leur permet de remplacer les métaux durs dans les milieux transportés à grande vitesse, pressions ou taux de cavitation; améliorer l'efficacité et la durabilité des équipements d'exploitation minière et de traitement des minéraux ainsi que les systèmes de dépoussiérage pour l'extraction, affûtage, systèmes de transport et de dépoussiérage. En outre, ces matériaux peuvent augmenter la fiabilité dans le pétrole & industries gazières et chimiques grâce à des pièces structurelles tournantes réalisées avec ces céramiques.