UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI-OUM EL BOUAHI Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la vie Dépotement: science De La Matière Thème: Preparer par: 1. KARAI Faten 2. HADID Abd El basset 3. BOUKHORS Afraa 4. BOULAGRAB Houda 5. NOUI Ahmed 6. BERKANE Ismail 7. BOUHAFS Samiha 8. AZIZI Imen 9. BOULEGNEFD Rami L’ANNEE UNIVERSITAIRE 2021/2022 1 Plan de travail 2 I. Introduction Le terme générique « céramique » recouvre des domaines aussi variés que celui des céramiques traditionnelles (réfractaires, sanitaires, tuiles et briques, carreaux, etc.) ou que celui des céramiques dites techniques : céramiques utilisées dans le cycle des combustibles nucléaires, céramiques à applications thermomécaniques ou céramiques à applications électroniques. Dans ce rapport nous allons s’intéressé aux céramiques appliqués dans le domaine électronique. I.INTRODUCTION Le mot céramique représente actuellement l'ensemble des matériaux inorganique non métallique. Les céramiques sont a base d'oxydes (Al2O3, ZrO2, CaO, TiO2,…etc) ou des composés chimique comme SiC, WC,…etc. Ce sont des matériaux qui conduisent à des températures supérieurs à 900°C à la formation d'un solide macroscopique homogène. I. Introduction Les matériaux céramiques pour l’électronique participent à la réalisation de composants aussi variés que les capteurs, les condensateurs ou les boîtiers de protection. Figure 1-2: Céramique éléctroniques I. Introduction: Figure 3: l’encre céramique Figure4: une vase traditionnel en porcelaine II. Les méthodes de préparations des matériaux céramiques Il existe plusieurs méthodes de préparations des matériaux céramiques, elles diffèrent par le milieu « sec » ou « humide » et la mise en forme souhaitée. Entre autres la technique choisie ne dépend pas seulement de la composition, mais aussi de l'état sous lequel il doit être utilisé. À l'échelle industrielle, les économies d'énergie favorisant les méthodes ne nécessitant pas de haute température. II. Les méthodes de préparations des matériaux céramiques 1-Méthode sol-gel : La technique sol-gel est un procédé d’élaboration de matériaux permettant la synthèse de verres, de céramiques et de composés hybrides organominéraux, à partir de précurseurs en solution. Il permet de réaliser des couches minces constituées d’empilements de nanoparticules d’oxydes métalliques. Ce procédé s’effectue dans des conditions dites de chimie douce, à des températures nettement plus basses que celles des voies classiques de synthèse. II. Les méthodes de préparations des matériaux céramiques Le principe du procédé sol-gel, autrefois appelé « chimie douce », repose sur l’utilisation d’une succession de réactions d’hydrolyse-condensation, à température modérée, proche de l’ambiante, pour préparer des réseaux d’oxydes, qui peuvent être à leur tour traités thermiquement. Il s’agit d’un processus de conversion en solution d’alcoxydes métalliques, tels que les alcoxydes de silicium, zirconium, aluminium, titane, ... L’espèce métallique soluble peut aussi contenir des constituants organiques qui peuvent être ajustés selon les application II. Les méthodes de préparations des matériaux céramiques -Méthode sol-gel dans l’électronique: Le procédé sol-gel permet de réaliser des couches minces sur des supports très différents. Il ouvre, de ce fait, la porte à des applications très variées comme l’application des revêtements sol-gel qui ont pour objet la modification des propriétés optiques II. Les méthodes de préparations des matériaux céramiques 2-La méthode co-précipitation : La co-précipitation est une méthode qui permet d’obtenir des produits de précurseurs par précipitation simultanée de deux cations M et M' (M étant un alcalin ou un alcalino-terreux et M'un métal de transition). Le précipité est séparé de la phase aqueuse par filtration, séché puis décomposé thermiquement en oxyde mixte. La poudre de précurseurs peut être constituée d’hydroxydes, d’oxalates et ou de dioxalates II. Les méthodes de préparations des matériaux céramiques méthode co-précipitation dans l’électronique : Le procédé co-précipitation d'oxalates métalliques par action de l'acide oxalique est approprié pour la préparation des céramiques électronique, principalement Le titanate de baryum, de formule BaTiO3 Il est le premier oxyde ferroélectrique simple connu et reste aujourd'hui un matériau modèle pour l'étude de la ferroélectricité. Utilisé sous forme de céramique ou de couche mince, le titanate de baryum est très utilisé dans l'industrie pour ses propriétés diélectriques et piézoélectriques , grâce à ces propriétés le BaTiO 3 est notamment utilisé dans les thermistances les condensateurs céramiques...). -En générale les précipités sont de la forme : M1 M2 (C2O4)x, Z H2O. L'eau et les oxalates sont ensuite éliminés par traitement thermique. III. Propriétés des céramiques : 1-Propriétés physiques: Électriques : Le déplacement des charges électriques ne pouvant se produire que par diffusion ionique, les céramiques sont des isolants électriques. Dans certaines conditions, comme des températures extrêmement basses, certaines céramiques deviennent des supraconducteurs. III. Propriétés des céramiques : Thermiques : Les céramiques gardent leur solidité même à des températures très élevées, résistent aux chocs thermiques (par exemple les « Tuiles » de la navette spatiale américaine) et ont une forte résistance au vieillissement et aux agressions climatiques ou chimiques. Elles ont généralement une conductivité thermique faible (conductivité = 0,01 J/s/cm2(°C/cm) III. Propriétés des céramiques : 2-Propriétés mécaniques 1-Élasticité : La plupart des céramiques se brisent de manière fragile, ce qui signifie que la rupture se produit sans déformation plastique préalable. Les matériaux fragiles ont un comportement élastique jusqu'à la rupture, c’est à dire que la déformation (ε) est proportionnelle à la contrainte appliquée (σ). Ceci s’exprime par la loi de Hooke (σ = Eε). E, le module d’élasticité, est la constante de proportionnalité qui relie la déformation et la contrainte. Figure5: courbe de traction III. Propriétés des céramiques : 2-Résistance à la rupture : La faible résistance à la rupture est une des caractéristiques des céramiques, vue son comportement fragile, il s’agit donc de la rupture fragile, qui est caractérisée par l'absence de déformation plastique macroscopique, et donc par la propagation très rapide des fissures avec faible consommation d'énergie. III. Propriétés des céramiques : Figure6 : Courbe de traction typique pour un matériau fragile. IV. Caractérisation des précurseurs: La toute première impression 4D de céramique au monde - 25 sept. 2018 Des chercheurs chinois ont développé la toute première céramique imprimée en 4D au monde qui est mécaniquement résistante et peut avoir des formes complexes, offrant de larges applications potentielles dans les communications, l'électronique et même l'exploration spatiale . Dans une étude publiée vendredi dernier dans la revue Science Advanced, des chercheurs de l'Université de la ville de Hong Kong ont signalé une "encre céramique", un mélange de polymères et de nanoparticules de céramique . Le précurseur en céramique imprimé en 3D avec la nouvelle encre est doux et peut être étiré trois fois au-delà de sa longueur initiale, selon l'étude. Ces précu rseurs céramiques souples et caoutchouteux permettent des formes complexes, comme le pliage d'origami. Avec un traitement thermique approprié, les céramiques peuvent être transformées en formes complexes, ce qui en fait des céramiques 4 IV. Caractérisation des précurseurs: L'impression 3D est une impression 3D traditionnelle combinée à l'élément de temps supplémentaire en tant que quatrième dimension, dans laquelle les objets imprimés peuvent se remodeler ou s'auto-assembler au fil du temps à l'aide de stimuli externes, tels que la force mécanique, la température ou un champ magnétique . Le précurseur céramique imprimé en 3D, généralement difficile à déformer, gêne également l'impression de bios 4D aux formes complexes. Les chercheurs, dirigés par Luffy Jian, professeur à la chaire de géni e mécanique, ont utilisé l'énergie élastique stockée dans des précurseurs étirés afin de former des formes Lorsque le précurseur de céramique expansée est cuit, il subit un processus d'autoréformage et après traitement thermique, le précurseur se transforme en céramique. IV. Caractérisation des précurseurs: Les céramiques dérivées d'élastomères résultantes sont mécaniquement résistantes. Il peut avoir un rapport résistance/densité élevé et peut être disponible dans de grandes tailles avec une résistance élevée par rapport à d'autres céramiques imprimées. Et avec la capacité variable de mise en forme des précurseurs céramiques imprimés, son application peut être énorme Figure7 : Dessin montrant polyméres Figure8: des nanoparticules céramique V. Etudes des poudres La méthode de pressage de la poudre de céramique est utilisée pour fabriquer de l'argile et d'autres produits, notamment des céramiques électriques, des céramiques magnétiques et certains produits en briques réfractaires. Où une masse de poudre contenant un faible pourcentage d'eau ou de tout autre liant est amenée et pressée ou pressée dans un moule de la forme désirée jusqu'à ce qu'elle atteigne la forme désirée. V. Etudes des poudres La taille des vides interparticulaires est réduite et la pression appliquée à la poudre est augmentée en utilisant une poudre constituée d'un mélange de particules granulaires fines et grossières dans des proportions appropriées Il existe trois types de procédés de pressage : le pressage uniaxial, le pressage hydrostatique (la pression sur la poudre est obtenue à l'aide de fluides) et le pressage à haute température . V. Etudes des poudres Dans le cas d'un pressage à haute température, la poudre est comprimée et un traitement thermique est effectué en même temps, car la poudre est comprimée à très haute température. Dans le cas du pressage uniaxial, la poudre est comprimée dans une matrice métallique en pressant la poudre dans une direction constante, c'est pourquoi on l'appelle uniaxial V. Etude des poudres Dans le cas d'une compression au moyen d'un fluide sous pression (hydrostatique), la poudre est placée dans un récipient en caoutchouc et la pression est appliquée au moyen d'un fluide en quantité égale dans toutes les directions. Figure 9-10: Poudre des céramiques VI.compacité et propriétés particulières: Parce que les matériaux céramiques sont des isolants thermiques, ils peuvent être utilisés dans de nombreuses tâches dans lesquelles les métaux et les polymères échouent. Les céramiques se distinguent par leur résistance à la chaleur et elles peuvent être utilisées là où les métaux ou les polymères ne peuvent pas être utilisés. La céramique peut prendre de nombreuses formes, telles que carré, rectangle et losange V. compacité et propriétés particulières Céramique et matériaux et procédés avancés utilisés dans le développement et la fabrication de matériaux céramiques présentant des caractéristiques particulières Les céramiques sont des matériaux et des procédés avancés utilisés dans le développement et la fabrication de matériaux céramiques dotés de propriétés spéciales la composition et les propriétés des céramiques sont traditionnellement décrites comme: des solides inorganiques non métalliques préparés à partir de matériaux en poudre, V. compacité et propriétés particulières: transformés en produits par application de chaleur et présentant des propriétés distinctives telles que: a) la dureté, b) la résistance, c) la faible résistance électrique conductivité d) et fragilité. La porcelaine avancée représente "une avancée" par rapport à cette définition traditionnelle. V. compacité et propriétés particulières: En appliquant les approches modernes de la science des matériaux, de nouveaux matériaux ou de nouvelles combinaisons de matériaux existants ont été conçus qui montrent des différences surprenantes dans les propriétés traditionnellement attribuées à la céramique. En conséquence, il existe maintenant des produits céramiques solides et conducteurs d'électricité comme certains métaux. V. compacité et propriétés particulières: Les développements dans le traitement des céramiques avancées se poursuivent à un rythme rapide, ce qui constitue une révolution dans le type de matériaux et de propriétés obtenus Les propriétés spéciales des matériaux céramiques les rendent adaptés à de nombreuses applications en génie électrique, génie mécanique et génie chimique. VII.Élaboration des revetements céramiques Le développement d'un nouveau type de céramique capable de résister à des températures très élevées contribuera à éliminer un obstacle majeur à la réalisation du rêve du voyage aérien supersonique. Il existe de nombreuses utilisations possibles pour les matériaux pouvant résister à des températures de 3 000 ° C ( environ 5 400 ° F ), en particulier dans les technologies militaires et aérospatiales. VII.Élaboration des revetements céramiques : Des chercheurs de l'Université de Manchester et de la Central South University, ou CSU en Chine, ont conçu un revêtement en céramique qui résiste à deux de ses plus gros problèmes. Résultat de l'exposition à des températures élevées , à savoir l'ablation et l'oxydation.L'aspiration est destinée à exposer la substance à une température suffisamment élevée , ce qui conduit à l'oscillation de sessés, molécules, surtout si la vitesse de ces molécules est grande. VII.Élaboration des revetements céramiques : Quant à l'oxydation, c'est la réaction avec l'oxygène qui entraîne une modification de la structure moléculaire . Pour que l'avion puisse déplacer à une vitesse supersonique sans brûler, il devrait protéger ses pièces des températures élevées déclenchées par la pression de l'air et du moteur avec l'air frottement avec l’air VII.Élaboration des revetements céramiques : Surtout les bords avant . Les températures devraient atteindre 3 000 degrés Celsius ( 5 400 degrés Fahrenheit ) , à des vitesses supersoniques de 6 174 à 12 348 kilomètres par heure ( 3 836 à 7 673 miles par heure ) . 9 Faire voyager les passagers de Londres à New York en deux heures va révolutionner le monde du transport aérien , un rêve que l'on peut dire réalisable au cours de la prochaine décennie . Commercialement viable mis à part le fait que les souvenirs du Concorde sont encore frais dans nos esprits , le problème de chaleur ennuyeux VII.Élaboration des revetements céramiques : C'est l'un des nombreux problèmes techniques qui doivent être résolus . La solution actuelle à ce problème consiste à recouvrir l'avion de céramiques à ultra haute température , ou UHTC , une substance solide non métallique qui reste stable à des températures supérieures à 2 000 degrés Celsius ( environ 3 600 degrés Fahrenheit ) . Le carbure de zirconium ( ZrC ) , une céramique à ultrasons , est couramment utilisé pour revêtir les forets , les pièces de moteur et les sections de véhicules supersoniques . VII.Élaboration des revetements céramiques : Le diborure de zirconium ( ZrB2 ) est un autre composé qui peut être utilisé dans les revêtements d'avions à haute température , et en plus d'être résistant à l'oxydation à des températures allant jusqu'à 1500 ° C ( 2700 ° F ) , il est également de faible densité et relativement peu coûteux . Heureusement , le bore présent dans le diborure de zirconium ZrB2 le rend susceptible de se dissoudre lorsque ses atomes sont oxydés , et si une partie de cette substance est endommagée , les résultats seront catastrophiques , et c'est ce qu'on ne veut pas lorsqu'on vole à la vitesse du son 5 Mach . VII.Élaboration des revetements céramiques : Cette recherche a trouvé un nouveau matériau prometteur de céramique de carbure , qui peut résister aux températures élevées causées par le vol supersonique . Le chercheur principal Ping Xiao de l'Université de Manchester a déclaré : « Les céramiques à ultra - haute température actuellement candidates pour une utilisation dans des environnements sévères sont limitées , et il vaut la peine de rechercher une nouvelle céramique monophasée qui est meilleure en termes de faible évaporation et résistance à l'oxydation . " De plus , il a été VII.Élaboration des revetements céramiques : montré que l'introduction de cette céramique dans des composites à matrice de peut resister aux élevées causées par le vol Le chercheur temperatures supersonique . principal Ping Xiao de l'Université de Manchester a déclaré : « Les céramiques à ultra - haute température actuellement candidates pour une utilisation dans des environnements sévères sont limitées , et il vaut la peine de rechercher une nouvelle céramique monophasée qui est meilleure en termes de faible évaporation et résistance à l'oxydation . " De plus , il a été montré que l'introduction de cette céramique dans des composites à matrice de carbone en fibres de carbone renforcées peut être Un moyen efficace d'améliorer la résistance aux chocs thermiques . VII.Élaboration des revetements céramiques : " Le revêtement est constitué d'un mélange de carbure quaternaire composé de zircon , de titane , de carbone et de bore . Il est déposé sur le composé de carbone par un processus appelé infiltration réactive à l'état fondu . Ce matériau a des propriétés similaires propriétés à d'autres céramiques à ultra - haute température , sauf que la concentration en bore relativement faible la rend moins susceptible de se décomposer tandis que la structure en carbone aide à prévenir les chocs thermiques qui décomposent des matériaux tels que le diborure VII.Élaboration des revetements céramiques : thermiques . " Le revêtement est constitué d'un mélange de carbure quaternaire composé de zircon , de titane , de carbone et de bore . Il est déposé sur le composé de carbone par un processus appelé infiltration réactive à l'état fondu . Ce matériau a des propriétés similaires propriétés à d'autres céramiques à ultra - haute température , sauf que la concentration en bore relativement faible la rend moins susceptible de se décomposer tandis que la structure en carbone aide à prévenir les chocs thermiques qui décomposent des matériaux tels que le diborure de zirconium . VII.Élaboration des revetements céramiques : Les chercheurs ont écrit dans leur rapport : « Les résultats expérimentaux présentés ici indiquent que les revêtements en carbure résistent mieux aux émulsions à des températures comprises entre 2 000 et 3 000 ° C que les céramiques filtrées à ultra - haute température actuellement utilisées telles que le carbure à base de zirconium , les diborures et autres hautes températures . haute température . VII.Élaboration des revetements céramiques : En fait , le nouveau matériau résiste 12 fois mieux que le diborure de zirconium à l'émulsification . Mais cela ne veut pas dire que nous allons bientôt faire du shopping dans l'autre hémisphère dans l'après - midi . Il est probable que ce type de la technologie sera utilisée dans des applications militaires ou spatiales avant que nous puissions conduire les avions silencieux les plus rapides VIII. Conclusion: De nos jours, il devient clair que les céramiques ont une grande importance dans divers domaines en particulier dans le domaine électronique. Ils constituent le matériau de base pour la fabrication de la plupart des composants électroniques, grâce aux performances et différents propriétés qu’elles présentent que ça soit diélectriques, mécaniques ou piézoélectriques. Vu la progression de recherche scientifique et l’évolution Des techniques de fabrication des céramiques, il est désormais possible de découvrir des nouvelles applications de ce genre de matériaux
