Matériaux céramiques

La céramique est une matière qui permet la réalisation de nombreuses pièces pouvant être de forme complexe et soumise à de forts efforts de compression et de frottement.

Le procédé de fabrication des céramiques nécessite de respecter plusieurs étapes cruciales pour atteindre une pièce céramique de qualité.

La première étape consiste à mettre les éléments constituant la poudre céramique sous forme de grains plus ou moins fins et à les mélanger en proportion contrôlée pour garantir les bonnes propriétés mécaniques de la pièce obtenue. On peut également incorporer dans la formule des adjuvants, tels que des fondants et des liants particuliers, qui améliorent et facilitent les étapes suivantes de mise en forme et de cuisson, ou qui modifient son apparence.

La seconde étape consiste à mettre la poudre en forme pour réaliser la pièce. Plusieurs solutions existent en corrélation avec la rhéologie1 de la poudre à compacter. On retrouve trois grandes familles de mises en forme :

- la mise en forme par barbotine pour les pâtes céramiques dites liquides ;

- la mise en forme par extrusion pour les pâtes céramiques dites plastiques ;

- la mise en forme par pressage (uniaxial ou isostatique) pour les poudres céramiques dites granulées.

Chaque méthode de mise en forme permet de réaliser des pièces présentant des taux de compaction et des porosités internes avant cuisson différentes. La pièce mise en forme doit prendre en considération ces deux caractéristiques et anticiper les changements dimensionnels qui se révèleront lors de la cuisson pour garantir les dimensions des pièces terminées.

La troisième étape consiste à cuire la poudre pour lui donner ses caractéristiques mécaniques et sa forme cristalline. La cuisson des poudres céramiques est réalisée à très haute température et nécessite de longues durées de traitement. Les grains de poudre de céramique vont se lier et se transformer lors de cette étape pouvant donner une structure granulaire ordonnée, avec des taux de porosité variant en fonction des natures des céramiques et des temps de traitement thermique. Lors de cette étape, les pièces vont se densifier et se compacter, ce qui va engendrer une réduction de leur taille. Cette étape cruciale de la mise en forme nécessite des appareils très spécifiques et précis contrôlant la température, l’hygrométrie et le balayage des pièces durant l’opération.

Les pièces céramiques obtenues seront très rigides et dures, résistantes aux sollicitations de compression, mais très peu aux sollicitations en traction en raison de leur fragilité. Elles seront particulièrement bien adaptées pour résister à la rayure. Les pièces présenteront des comportements réfractaires, donc résistantes à la température, isolantes électriquement et ne subiront pas la corrosion.

Les pièces céramiques nécessitent une conception spécifique à cette matière, et ne doivent pas être considérées comme des pièces métalliques autant pour les opérations de finition, d’assemblage que de retouche.