Technologies et procédés céramiques

Les céramiques sont des matériaux de grande dureté, non ductiles et à haute température de fusion. Les méthodes de fabrication conventionnelles par usinage, déformation plastique ou par fonderie sont donc peu appropriées ou impossibles pour ces matériaux. C’est pourquoi, les procédés céramiques consistent en la mise en forme d’une poudre préalablement à l’étape de consolidation de l’objet à haute température. On distingue plusieurs voies de mise en forme exploitant différents états de la matière.

Dans les procédés en voie liquide, les poudres céramiques sont dispersées dans un solvant (eau, alcool …) pour aboutir à une suspension (ou barbotine dans le cas de suspensions argileuses) aux propriétés souhaitées. Ces suspensions ont généralement un
comportement non-newtonien, c’est-à-dire dont la viscosité évolue en fonction des contraintes exercées sur le fluide, qui peut être exploité dans les procédés de mise en forme comme le coulage ou les techniques de dépôt. Une suspension rhéofluidifiante avec un seuil d’écoulement présente par exemple une faible consistance pendant les phases d’agitation et de coulage. Au contraire, sa viscosité va fortement augmenter lorsqu’elle cesse d’être agitée, ce qui permet d’éviter la sédimentation pendant les phases de stockage et les « coulures » après un dépôt ou un revêtement. Les procédés exploitant la voie liquide sont par exemple le coulage en moule, le coulage en bande, les procédés de dépôt par trempage.coulage

Les procédés en voie plastique utilisent la déformation d’une pâte pour mettre en forme l’objet à fabriquer. Si les pâtes argileuses sont naturellement plastiques, il n’en est rien pour les poudres de céramiques techniques qui nécessitent d’être mélangées avec des matériaux organiques pour obtenir ce comportement rhéologique assimilé aux fluides anormaux. Les objets céramiques sont ensuite mis en forme par extrusion ou par injection.injection

Les procédés par voie sèche granulaire ont pour but d’agglomérer de façon contrôlée les poudres fines pour leur conférer une bonne aptitude à l’écoulement pour le remplissage des moules ainsi qu’une plasticité suffisante pour se déformer sous l’action du pressage. Une façon d’y parvenir est par exemple de réaliser une suspension, de la pulvériser sous forme de gouttelettes qui seront séchées par un courant d’air chaud (procédé d’atomisation). Les granules obtenus sont des amas sphériques des grains de la poudre initiale, et contiennent également les liants et les plastifiants préalablement ajoutés à la suspension.pressage_uniaxial

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Coupe polie d’un titanate de baryum fritté

La dernière étape du procédé céramique consiste à consolider la structure granulaire, obtenue par l’une des voies décrites ci-dessus, par un processus à haute température appelé « frittage ». Au début du frittage les grains constituant l’objet « se soudent » les uns aux autres pour former des ponts assurant une consolidation de la structure granulaire. La porosité de cette structure étant typiquement de 40%, la poursuite du frittage conduit à sa densification (réduction de la porosité) qui s’accompagne d’une réduction du volume de la pièce (retrait dimensionnel). Un grossissement des grains peut également avoir lieu au dernier stade du processus de frittage.

La maîtrise des procédés de mise en forme et de frittage revêt une importance considérable puisqu’ils agissent directement sur la microstructure de la pièce (taille et forme des pores, des grains, présence de défauts…) et donc sur ses propriétés finales. Le savoir-faire du céramiste est donc d’adapter le procédé de fabrication de la pièce aux nécessités liées à son usage.

 

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