Plate-forme technologique : Procédés céramiques

La plate-forme technologique du CTTC regroupe sur 1000m2 un ensemble de moyens pour la fabrication des céramiques techniques.

plateformeDe la poudre à l'objet

Le procédé céramique comprend un ensemble d'étapes qu'il convient d'optimiser et de maîtriser pour parvenir à une céramique technique répondant à la fonction souhaitée.

Les équipements de la Plate-forme technologique couvrent toutes les étapes du procédé : de la synthèse du matériau, en passant par la préparation des poudres, leur mise en forme, le traitement thermique et l'étape finale de finition.

De l'échelle laboratoire à l'échelle semi-industrielle, les équipements de la Plate-forme répondent aux besoins de développement R&D jusqu'à à la fabrication de pré-séries.

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Objectifs de la Plate-forme

  • développer de nouveaux produits utilisant des céramiques techniques
  • développer un procédé de fabrication industriel
  • réaliser des tests sur des équipements de taille pilote
  • permettre aux entreprises d'évaluer des technologies céramiques avant investissement
  • disposer des principales technologies de fabrication des céramiques techniques à l'état de l'art

 

 

Synthèse et formulation

Le laboratoire de synthèse et formulation permet le développement de matériaux haute performance adaptés à chaque utilisation industrielle. Les procédés sont mis en œuvre à partir de poudres ou de précurseurs afin d’aboutir aux caractéristiques attendues : granulométrie, pureté, morphologie, surfaces fonctionnelles...

  • Four de calcination (1200 °C, Vol. 180 L)
  • Fours de calcination (1300°C, Vol. 13-40 L)
  • Four puits sous atmosphère inerte (2000°C, Vol. 200 L)
  • Réacteur de synthèse en voie liquide, avec contrôle du pH et de la température (Vol. 15 L)
  • Centrifugeuses (Vol. 0,5-18 L, 3500 tr/min)
  • Enceinte climatique (T. max. 95 °C, Hyg. max. 98 %)
  • Boîtes à gants (Air sec ou Atm. inerte)
  • Mélangeur Thinky (2000 tr/min)
  • Mélangeur Turbula (67 tr/min)

Exemples de réalisation : billes de silice de taille contrôlée, nanopoudre d’oxydes de terres rares, solutions solides de compositions contrôlées, catalyseurs, phosphates de calcium (HA, TCP), fonctionnalisation...

Laboratoire de synthèse et formulation

 

 

Préparation des poudres, pâtes et suspensions

Les matières premières peuvent être préparées sous forme de poudres, granulées, pâtes ou suspensions. Le CTTC dispose de moyens matériels et de l’expertise métier nécessaire à cette étape importante du procédé céramique. Les équipements sont adaptés au transfert d’échelle (de quelques grammes à plusieurs dizaines de kilogrammes). Certains de ces procédés peuvent également être employés pour des poudres métalliques.

  • Broyeur attriteur continu à microbilles (12 L-100 L, granulométrie finale <1μm)
  • Broyeur attriteur de laboratoire (0,5 L)
  • Broyeur planétaire (250 à 500 ml, granulométrie finale <2 μm)
  • Tournes-jarres (1L -13 L, granulométrie finale <5 μm)
  • Broyeur à boulet (30 L, granulométrie finale <5 μm)
  • Broyeur à mortier (3 L, granulométrie finale <1 mm)
  • Mélangeur à pâles (60 L)
  • Mélangeur de poudres Turbula (2 L)
  • Malaxeur extrudeur bras en Z pour pâte plastique (6 L)
  • Broyeur mélangeur tricylindre pour pâte plastique (>0,5 L)
  • Tamis et tamis vibrant pour poudres et suspensions (25 μm à 3,15 mm)
  • Classifieur (5 μm à 100 μm)
  • Atomiseur semi-industriel (Système à co-courant à buse bi-fluide pneumatique, capacité évaporatoire : 17 kg/h, Granulométrie finale 50-200 μm)
  • Atomiseur de laboratoire (Système à co-courant à buse bi-fluide pneumatique, utilisable pour solvant organique, capacité : 1 kg/jour, Granulométrie finale 30 à 40 μm)
  • Mélangeur-granulateur de laboratoire (Système de pulvérisation automatique, capacité : 1 kg/jour, Granulométrie finale : 200 μm-2 mm)
  • Assiette de pelletisation (Système de pulvérisation manuel, capacité : 2 kg/jour, Granulométrie finale : 200 μm-2 mm)
  • Atomiseur cryogénique (Granulation par gélification dans de l’azote liquide et séchage par lyophilisation, capacité : 0,5 kg/jour, Granulométrie finale : 50-500 μm)

Exemples de réalisation : Préparation de suspensions de coulage dispersées et stables, Formulation et atomisation de poudres d’alumine prête à l’emploi pour un procédé de pressage, Préparation de pâtes d’extrusion et de granules d’injection...

Technologies de préparation des poudres, pâtes et suspensions

 

 

Mise en forme

La mise en forme des céramiques est réalisé avec un ensemble de moyens adaptés à la réalisation de plaques, barres, tubes, tubes borgnes, nid d'abeille, pièces de formes complexes. Les pièces peuvent être réalisés aux côtes finales ou "near-net-shape" pour les tolérances dimensionnelles les plus faibles.

  • Presse uniaxiale (23 T)
  • Presse isostatique à froid (CIP - 2000 bars – 80 L)
  • Extrudeuse à piston
  • Extrudeuse à vis
  • Presse à injecter basse pression (3 L - 5 bars)
  • Presse à injecter basse pression (40 L - 5 bars)
  • Coulage en bande (L 800 x l 500 mm)
  • Dépôt électrophorétique
  • Enduction
  • Sérigraphie
  • Assemblage par thermocompression

Exemple de réalisation : Développement de procédés de fabrication de pièces de four très haute température pour le secteur nucléaire, Réalisation de matériaux poreux (filtration de gaz ou liquide) à géométrie plane ou tubulaire, Définition et mise en place d’une chaîne de fabrication de céramiques techniques pour la catalyse, Fabrication de pré-séries de pièces à usage biomédical...

Technologies de mise en forme des céramiques

 

 

Traitement thermique

La plate-forme propose différents moyens de traitement thermique des céramiques pour les opérations de séchage, déliantage, calcination et frittage. Des équipements de capacités variables permettent de traiter aussi bien des échantillons de petite taille que des pièces de grandes dimensions.

  • Fours chambres (T. max. 1200 °C, air statique, Vol. utile 180 L)
  • Fours chambres (T. max. 1300 °C, air statique, Vol. utile 13-40 L)
  • Enceinte d’extraction supercritique au CO2 (T. max. 80 °C et P. max. 240 bars)
  • Four chambre pour la calcination de poudres biomédicales (T. max. 1300 °C, air statique, Vol. utile 7,5 L)
  • Four chambre déliantage / frittage (T. max. 1750 °C, air pulsé, Vol. utile 64 L)
  • Four tubulaire vertical (T. max. 1450 °C, atmosphère contrôlée, D15 cm H150 cm)
  • Four chambre (T. max. 1350 °C, air statique, Vol. utile 770 L)
  • Four SuperKanthal (T. max. 1800 °C, air statique, Vol. utile 10 L)
  • Four SuperKanthal (T. max. 1750 °C, air statique, Vol. utile 32 L)
  • Four à sole élévatrice 1600 °C (air statique, Vol. utile 120 L)
  • Four tiroir (T. max. 1400° C, air statique, Vol. utile 700 L)
  • Four de frittage des carbures et nitrures (T. max. 2000 °C, atmosphère neutre, Vol. utile 200 L, fonctionnement sous vide possible jusqu’à 1500 °C)
  • Four de frittage flash « SPS » (T. max. 2400 °C, gaz neutre ou vide, I. max 8000 A, P. max 25 tonnes, diamètre utile maximal des matrices 100 mm)
  • Presse à chaud « HP » (T. max. 1800 °C, gaz neutre ou vide, P. max. 10 tonnes, diamètre utile maximal des matrices 50 mm)
  • Four de nitruration (T. max 1600 °C, azote, Vol. utile 150 L)
Exemples de réalisation : Frittage de céramiques oxydes, carbures et nitrures, Synthèse par calcination de mélange de poudres, Fabrications de pièces en nitrure de silicium RBSN, Frittage flash de nanopoudres...

Technologies de frittage

 

 

Finition

L'étape de finition peut consister en un usinage ou rectification de la pièce pour la mise aux côtes finales. Il peut aussi s'agir d'une étape de collage ou d'assemblage. Les outils de la plateforme et les partenaires du CTTC permettent de répondre à l'ensemble des problématiques soumises.