Définition et chimie de la céramique

Le mot "céramique" vient du mot grec "keramikos", qui signifie "de poterie". Alors que les premières céramiques étaient de la poterie, le terme englobe un large groupe de matériaux, y compris certains éléments purs. Une céramique est un inorganique, non métallique solide, généralement à base d'oxyde, de nitrure, de borure ou de carbure cuit à haute température. La céramique peut être émaillée avant cuisson pour produire un revêtement qui réduit la porosité et a une surface lisse et souvent colorée. De nombreuses céramiques contiennent un mélange de liaisons ioniques et covalentes entre les atomes. Le matériau résultant peut être cristallin, semi-cristallin ou vitreux. Les matériaux amorphes de composition similaire sont généralement appelés "verre".

Les quatre principaux types de céramiques sont les blancs, les céramiques structurales, les céramiques techniques et les réfractaires. Les articles blancs comprennent les ustensiles de cuisine, poterieet carreaux de mur. Les céramiques structurales comprennent les briques, les tuyaux, les tuiles de toiture et les carreaux de sol. Les céramiques techniques sont également connues sous le nom de céramiques spéciales, fines, avancées ou d'ingénierie. Cette classe comprend les roulements, les carreaux spéciaux (par exemple, le blindage thermique des engins spatiaux), les implants biomédicaux, les freins en céramique, les combustibles nucléaires, les moteurs en céramique et les revêtements en céramique. Les réfractaires sont des céramiques utilisées pour fabriquer des creusets, des fours linéaires et rayonner de la chaleur dans les foyers à gaz.

Les matières premières pour la céramique comprennent l'argile, le kaolinate, l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium, le carbure de tungstène et certains éléments purs. Les matières premières sont combinées avec de l'eau pour former un mélange qui peut être façonné ou moulé. Les céramiques sont difficiles à travailler après leur fabrication, donc généralement, elles sont façonnées dans leurs formes finales souhaitées. La forme est laissée à sécher et est cuite dans un four appelé four. Le processus de cuisson fournit l'énergie pour former de nouveaux liaisons chimiques dans le matériau (vitrification) et parfois de nouveaux minéraux (par exemple, des formes de mullite à partir de kaolin dans la cuisson de la porcelaine). Des émaux imperméables, décoratifs ou fonctionnels peuvent être ajoutés avant la première cuisson ou peuvent nécessiter une cuisson ultérieure (plus courante). La première cuisson d'une céramique donne un produit appelé la bisque. La première cuisson brûle les matières organiques et autres impuretés volatiles. Le deuxième (ou troisième) tir peut être appelé vitrage.

La poterie, les briques, les carreaux, la faïence, la porcelaine et la porcelaine sont des exemples courants de céramique. Ces matériaux sont bien connus pour leur utilisation dans la construction, l'artisanat et l'art. Il existe de nombreux autres matériaux céramiques:

• Autrefois, verre était considéré comme une céramique, car c'est un solide inorganique qui est cuit et traité un peu comme la céramique. Cependant, comme le verre est un amorphe solide, le verre est généralement considéré comme un matériau distinct. La structure interne ordonnée de la céramique joue un grand rôle dans leurs propriétés.
• Le silicium et le carbone purs purs peuvent être considérés comme des céramiques. Au sens strict, un diamant pourrait être appelé une céramique.
• Le carbure de silicium et le carbure de tungstène sont des céramiques techniques qui ont une résistance élevée à l'abrasion, ce qui les rend utiles pour les gilets pare-balles, les plaques d'usure pour les mines et les composants de machines.
• Oxyde d'uranium (UO₂ est une céramique utilisée comme combustible de réacteur nucléaire.
• Zircone (dioxyde de zirconium) est utilisé pour fabriquer des lames de couteau en céramique, des pierres précieuses, des piles à combustible et des capteurs d'oxygène.
• L'oxyde de zinc (ZnO) est un semi-conducteur.
• L'oxyde de bore est utilisé pour fabriquer des gilets pare-balles.
• Oxyde de cuivre et strontium de bismuth et diborure de magnésium (MgB₂) sont des supraconducteurs.
• La stéatite (silicate de magnésium) est utilisée comme isolant électrique.
• Le titanate de baryum est utilisé pour fabriquer des éléments chauffants, des condensateurs, des transducteurs et des éléments de stockage de données.
• Les artefacts en céramique sont utiles en archéologie et en paléontologie car leur composition chimique peut être utilisée pour identifier leur origine. Cela comprend non seulement la composition de l'argile, mais aussi celle du tempérer - les matières ajoutées lors de la production et du séchage.

La céramique comprend une si grande variété de matériaux qu'il est difficile de généraliser leurs caractéristiques. La plupart des céramiques présentent les propriétés suivantes:

• Dureté élevée
• Généralement fragile, avec une ténacité médiocre
• Haute point de fusion
• Résistance chimique
• Mauvaise conductivité électrique et thermique
• Faible ductilité
• Module d'élasticité élevé
• Haute résistance à la compression
• Transparence optique à une variété de longueurs d'onde

Les exceptions comprennent les céramiques supraconductrices et piézoélectriques.

La science de la préparation et de la caractérisation de la céramique s'appelle céramographie.

Les matériaux composites sont constitués de plusieurs classes de matériaux, qui peuvent inclure la céramique. Des exemples de composites comprennent la fibre de carbone et la fibre de verre. UNE cermet est un type de matériau composite contenant de la céramique et du métal.

UNE vitrocéramique est un matériau non cristallin avec une composition céramique. Alors que les céramiques cristallines ont tendance à être moulées, les vitrocéramiques se forment lors du moulage ou du soufflage d'une masse fondue. Des exemples de vitrocéramiques comprennent les plaques de cuisson en "verre" et le composite de verre utilisé pour lier déchets nucléaires pour l'élimination.