Édito Édito Christophe CHAPUT Directeur Général du CTTC Au travers de ce catalogue, nous avons essayé de rendre accessible le plus simplement possible l’ensemble des analyses et essais que le CTTC est susceptible de proposer. Ceux-ci sont regroupés par type de propriétés (mécanique, thermique, …) et chaque analyse fait référence à une norme ou un protocole interne pour sa réalisation afin de garantir la qualité des résultats. Le Le CTTC CTTC Le Centre de Transfert de Technologies Céramiques constitué sous forme associative loi 1901, a pour mission d’entreprendre toutes actions de nature à créer, favoriser, aider, promouvoir et développer les entreprises céramiques ou utilisatrices grâce à un transfert de technologies. Sa plate-forme technologique est dédiée aux céramiques techniques et principalement aux procédés céramiques, ainsi qu’à la caractérisation des matériaux. La première partie du catalogue présente quelques notions sur les caractérisations des matériaux céramiques dans le but de préciser quel type d’information les différentes analyses permettent d’obtenir et comment exploiter les résultats. Vous trouverez également à la fin du catalogue, quelques outils pratiques et définitions afin que ce dernier devienne un véritable outil de travail. Soyez assurés de l’engagement du CTTC pour la qualité de ses résultats, la réactivité de son personnel et l’écoute de vos besoins. Les secteurs concernés sont par exemple l’environnement, l’électronique, la métallurgie, l’automobile… Le CTTC compte parmi ses références des grands groupes comme l’Air Liquide, Snecma, Cogema, EADS, Alcatel, Framatome,… ainsi que de nombreuses PME/PMI. 1 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES Édito Édito Christophe CHAPUT Directeur Général du CTTC Au travers de ce catalogue, nous avons essayé de rendre accessible le plus simplement possible l’ensemble des analyses et essais que le CTTC est susceptible de proposer. Ceux-ci sont regroupés par type de propriétés (mécanique, thermique, …) et chaque analyse fait référence à une norme ou un protocole interne pour sa réalisation afin de garantir la qualité des résultats. Le Le CTTC CTTC Le Centre de Transfert de Technologies Céramiques constitué sous forme associative loi 1901, a pour mission d’entreprendre toutes actions de nature à créer, favoriser, aider, promouvoir et développer les entreprises céramiques ou utilisatrices grâce à un transfert de technologies. Sa plate-forme technologique est dédiée aux céramiques techniques et principalement aux procédés céramiques, ainsi qu’à la caractérisation des matériaux. La première partie du catalogue présente quelques notions sur les caractérisations des matériaux céramiques dans le but de préciser quel type d’information les différentes analyses permettent d’obtenir et comment exploiter les résultats. Vous trouverez également à la fin du catalogue, quelques outils pratiques et définitions afin que ce dernier devienne un véritable outil de travail. Soyez assurés de l’engagement du CTTC pour la qualité de ses résultats, la réactivité de son personnel et l’écoute de vos besoins. Les secteurs concernés sont par exemple l’environnement, l’électronique, la métallurgie, l’automobile… Le CTTC compte parmi ses références des grands groupes comme l’Air Liquide, Snecma, Cogema, EADS, Alcatel, Framatome,… ainsi que de nombreuses PME/PMI. 1 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES Sommaire Sommaire NOTIONS SUR LES CARACTERISATIONS DES MATERIAUX CERAMIQUES CARACTERISATION CHIMIQUE 4 CARACTERISATION PHYSIQUE DES POUDRES Composition chimique par analyse X dispersive en énergie (EDS) 30 CARACTERISATION RHEOLOGIQUE Densité par pycnométrie à hélium 13 Analyse granulométrique par diffraction laser 14 Surface spécifique (BET) par adsorption gazeuse 15 Ecoulement d’une poudre 16 CARACTERISATION THERMIQUE Ecoulement 31 Paramètres viscoélastiques 31 Thixotropie 31 Autres paramètres 31 MISE EN FORME - PRESTATIONS Résistance au choc thermique par trempe 17 Analyse Thermogravimétrique (ATG) 18 Analyse Thermique Différentielle (ATD) 18 Mesure de la perte au feu 19 Analyse dimensionnelle (dilatation/retrait) 20 CARACTERISATION MECANIQUE Broyage 33 Sélection 34 Granulation – Atomisation 35 Pressage 36 Cuisson 37 OUTILS PRATIQUES Détection des fissures et autres défauts de surface par ressuage 21 Résistance mécanique en flexion 3 ou 4 points 22 Résistance mécanique en compression 23 Analyse statistique de Weibull 24 Module élastique (module d’Young) par flexion 25 CARACTERISATION MICROSTRUCTURALE Densité apparente par pesée hydrostatique 26 Porosité ouverte par intrusion de mercure 27 Porosité ouverte par pesée hydrostatique 28 Analyse par microscopie optique conventionnelle (MO) 29 Analyse par microscopie électronique à balayage (MEB) 29 Classification périodique des éléments 39 Grandeurs physiques de céramiques 40 Outils de conversion 42 Conversion US mesh-Microns 44 Formules 45 Thermocouples (types et codes couleur) 46 Lexique technique 47 CONDITIONS GENERALES DE VENTE 52 2 3 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES Sommaire Sommaire NOTIONS SUR LES CARACTERISATIONS DES MATERIAUX CERAMIQUES CARACTERISATION CHIMIQUE 4 CARACTERISATION PHYSIQUE DES POUDRES Composition chimique par analyse X dispersive en énergie (EDS) 30 CARACTERISATION RHEOLOGIQUE Densité par pycnométrie à hélium 13 Analyse granulométrique par diffraction laser 14 Surface spécifique (BET) par adsorption gazeuse 15 Ecoulement d’une poudre 16 CARACTERISATION THERMIQUE Ecoulement 31 Paramètres viscoélastiques 31 Thixotropie 31 Autres paramètres 31 MISE EN FORME - PRESTATIONS Résistance au choc thermique par trempe 17 Analyse Thermogravimétrique (ATG) 18 Analyse Thermique Différentielle (ATD) 18 Mesure de la perte au feu 19 Analyse dimensionnelle (dilatation/retrait) 20 CARACTERISATION MECANIQUE Broyage 33 Sélection 34 Granulation – Atomisation 35 Pressage 36 Cuisson 37 OUTILS PRATIQUES Détection des fissures et autres défauts de surface par ressuage 21 Résistance mécanique en flexion 3 ou 4 points 22 Résistance mécanique en compression 23 Analyse statistique de Weibull 24 Module élastique (module d’Young) par flexion 25 CARACTERISATION MICROSTRUCTURALE Densité apparente par pesée hydrostatique 26 Porosité ouverte par intrusion de mercure 27 Porosité ouverte par pesée hydrostatique 28 Analyse par microscopie optique conventionnelle (MO) 29 Analyse par microscopie électronique à balayage (MEB) 29 Classification périodique des éléments 39 Grandeurs physiques de céramiques 40 Outils de conversion 42 Conversion US mesh-Microns 44 Formules 45 Thermocouples (types et codes couleur) 46 Lexique technique 47 CONDITIONS GENERALES DE VENTE 52 2 3 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES N O T I O N S S U R L E S C A R A C T É R I S AT I O N S D E S M AT É R I A U X C É R A M I Q U E S Ces deux techniques calculent généralement un diamètre équivalent de particules sphériques. Dans le cas de particules sphériques ou équiaxes, la valeur calculée est donc proche de la valeur réelle, par contre, dans le cas de particules anisotropes, il s'agit d'une valeur théorique approchée. Quelque soit le procédé de mise en forme utilisé, l’élaboration d’une pièce céramique implique une séquence d'opérations qui modifie les caractéristiques chimiques et physiques du système. L’amélioration des propriétés de l’objet final et de leurs reproductibilités (fiabilité), nécessite donc l'identification de ces caractéristiques, à chaque étape du procédé. Exemple de répartition granulométrique obtenue sur une poudre d’alumine Les poudres céramiques présentent des caractéristiques chimiques et physiques très diverses qu'il est nécessaire de contrôler pour fabriquer des pièces aux propriétés désirées et de façon reproductible. Ainsi, la taille et la répartition en taille des particules, leur forme et leur état d'agglomération, leur surface spécifique, leur degré de pureté et la nature chimique de leur surface ont une influence déterminante. CARACTÉRISTIQUES CHIMIQUES Elles concernent principalement le degré de pureté des poudres et la nature de la surface des particules. La pureté est liée à la provenance des matières premières et aux procédés de transformation qui entraînent la présence d'impuretés (fer, métaux lourds, sels, carbone...). Elle va conditionner en grande partie la réactivité au frittage, avec la formation éventuelle d'une seconde phase intergranulaire, et les propriétés finales de la pièce (mécaniques, chimiques, électriques...). Les propriétés de surface des particules contrôlent les mécanismes d'adsorption d'espèces et les mécanismes de dissolution. Elles vont gouverner les propriétés de dispersion, d'homogénéité et le comportement rhéologique des suspensions et des pâtes céramiques. Outre leur taille, les particules se différencient également par leur forme. Celle-ci est dictée par la nature du réseau d'atome (maille cristalline) et par les procédés d'obtention des poudres. Les particules peuvent ainsi être sphéroïdales, équiaxes, se présenter sous forme de plaquettes, de fibres ou d'aiguilles. On peut définir un cœfficient d'anisotropie, qui correspond au rapport de la plus grande dimension de la particule sur la plus petite. La microscopie optique conventionnelle ou électronique à balayage (voir p.29) permet d'observer la forme et de caractériser l'anisotropie des particules. Des particules à cœfficient d'anisotropie élevé présentent une faible aptitude à l'empilement (structure poreuse) et conduisent à un comportement des suspensions rhéoépaississant pour de faibles concentrations en poudre. Les techniques d’analyse d’images permettent de quantifier ce type de paramètres. CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES Les caractéristiques physiques d'une poudre sont, i) la masse volumique, ii) la taille et la forme des particules, iii) la surface spécifique. Masse volumique La masse volumique théorique correspond à la masse par unité de volume du matériau dense ou des particules denses sans porosité. Elle est calculée. La masse volumique apparente d’un matériau tient compte de sa porosité ouverte et fermée. Elle peut être mesurée et il est souvent intéressant de la connaître avant mise en forme de la poudre. Cette analyse est effectuée avec un pycnomètre à hélium (voir p.13). Taille et forme des particules La granulométrie des particules céramiques peut varier fortement suivant la finalité des produits. Dans le cas des matériaux pour le réfractaire ou l'industrie du bâtiment, la taille des particules varie entre un micromètre et quelques millimètres. A l'opposé, certaines poudres synthétisées par voie chimique ont une taille voisine de la dizaine de nanomètres. De façon générale, l'échelle varie de quelques microns à quelques dizaines de micromètres dans le cas des céramiques traditionnelles, tandis qu'elle est comprise entre 0,1 et 100 µm pour les céramiques techniques. Une poudre est caractérisée par l'étendue de la distribution en taille des particules et par le diamètre médian (notée d50), taille pour laquelle 50% de la population de particules a une taille inférieure à d50 (figure ci-contre). De même, on définit un d90 et un d10. Ces caractéristiques peuvent être déterminées par différentes techniques mais les plus souvent rencontrées en céramique sont la méthode de sédimentation (détection par absorption des RX) ou, comme au CTTC, la méthode de diffraction laser (voir p.14). Exemples d’observation de poudres au microscope électronique à balayage Surface spécifique La surface spécifique d'une poudre correspond à la surface développée par unité de masse, porosité ouverte comprise. Elle rend compte de la forme des particules et de la rugosité de leur surface. La comparaison de la surface spécifique et de la taille mesurée des particules renseigne sur l'état d'agglomération de la poudre. La technique de mesure granulométrique verra l'agglomérat poreux tandis que la mesure de surface spécifique verra la surface des particules constituant ces agglomérats. La surface spécifique peut varier de quelques dizaines de cm2/g à quelques centaines de m2/g, la valeur moyenne des poudres céramiques couramment employées étant comprise entre 3 et 15 m2/g. Plus la surface spécifique d'une poudre est élevée, plus la tendance à l'agglomération est forte, mais plus la réactivité au frittage est importante. La surface spécifique est classiquement mesurée par adsorption d’un gaz dans des conditions sèches (p.15). Une technique utilisant l’adsorption moléculaire sélective dans des suspensions aqueuses est parfois rencontrée. Le calcul de la surface spécifique utilise la méthode BET 5 points. ÉCOULEMENT DES POUDRES Parmi les procédés de mise en forme des céramiques, le pressage requiert un bon écoulement de la poudre et un remplissage homogène de la matrice ou du moule afin d’obtenir des densités uniformes de façon reproductible. Afin de déterminer cette coulabilité, on utilise une méthode normalisée (voir p.16). 4 5 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES N O T I O N S S U R L E S C A R A C T É R I S AT I O N S D E S M AT É R I A U X C É R A M I Q U E S Ces deux techniques calculent généralement un diamètre équivalent de particules sphériques. Dans le cas de particules sphériques ou équiaxes, la valeur calculée est donc proche de la valeur réelle, par contre, dans le cas de particules anisotropes, il s'agit d'une valeur théorique approchée. Quelque soit le procédé de mise en forme utilisé, l’élaboration d’une pièce céramique implique une séquence d'opérations qui modifie les caractéristiques chimiques et physiques du système. L’amélioration des propriétés de l’objet final et de leurs reproductibilités (fiabilité), nécessite donc l'identification de ces caractéristiques, à chaque étape du procédé. Exemple de répartition granulométrique obtenue sur une poudre d’alumine Les poudres céramiques présentent des caractéristiques chimiques et physiques très diverses qu'il est nécessaire de contrôler pour fabriquer des pièces aux propriétés désirées et de façon reproductible. Ainsi, la taille et la répartition en taille des particules, leur forme et leur état d'agglomération, leur surface spécifique, leur degré de pureté et la nature chimique de leur surface ont une influence déterminante. CARACTÉRISTIQUES CHIMIQUES Elles concernent principalement le degré de pureté des poudres et la nature de la surface des particules. La pureté est liée à la provenance des matières premières et aux procédés de transformation qui entraînent la présence d'impuretés (fer, métaux lourds, sels, carbone...). Elle va conditionner en grande partie la réactivité au frittage, avec la formation éventuelle d'une seconde phase intergranulaire, et les propriétés finales de la pièce (mécaniques, chimiques, électriques...). Les propriétés de surface des particules contrôlent les mécanismes d'adsorption d'espèces et les mécanismes de dissolution. Elles vont gouverner les propriétés de dispersion, d'homogénéité et le comportement rhéologique des suspensions et des pâtes céramiques. Outre leur taille, les particules se différencient également par leur forme. Celle-ci est dictée par la nature du réseau d'atome (maille cristalline) et par les procédés d'obtention des poudres. Les particules peuvent ainsi être sphéroïdales, équiaxes, se présenter sous forme de plaquettes, de fibres ou d'aiguilles. On peut définir un cœfficient d'anisotropie, qui correspond au rapport de la plus grande dimension de la particule sur la plus petite. La microscopie optique conventionnelle ou électronique à balayage (voir p.29) permet d'observer la forme et de caractériser l'anisotropie des particules. Des particules à cœfficient d'anisotropie élevé présentent une faible aptitude à l'empilement (structure poreuse) et conduisent à un comportement des suspensions rhéoépaississant pour de faibles concentrations en poudre. Les techniques d’analyse d’images permettent de quantifier ce type de paramètres. CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES Les caractéristiques physiques d'une poudre sont, i) la masse volumique, ii) la taille et la forme des particules, iii) la surface spécifique. Masse volumique La masse volumique théorique correspond à la masse par unité de volume du matériau dense ou des particules denses sans porosité. Elle est calculée. La masse volumique apparente d’un matériau tient compte de sa porosité ouverte et fermée. Elle peut être mesurée et il est souvent intéressant de la connaître avant mise en forme de la poudre. Cette analyse est effectuée avec un pycnomètre à hélium (voir p.13). Taille et forme des particules La granulométrie des particules céramiques peut varier fortement suivant la finalité des produits. Dans le cas des matériaux pour le réfractaire ou l'industrie du bâtiment, la taille des particules varie entre un micromètre et quelques millimètres. A l'opposé, certaines poudres synthétisées par voie chimique ont une taille voisine de la dizaine de nanomètres. De façon générale, l'échelle varie de quelques microns à quelques dizaines de micromètres dans le cas des céramiques traditionnelles, tandis qu'elle est comprise entre 0,1 et 100 µm pour les céramiques techniques. Une poudre est caractérisée par l'étendue de la distribution en taille des particules et par le diamètre médian (notée d50), taille pour laquelle 50% de la population de particules a une taille inférieure à d50 (figure ci-contre). De même, on définit un d90 et un d10. Ces caractéristiques peuvent être déterminées par différentes techniques mais les plus souvent rencontrées en céramique sont la méthode de sédimentation (détection par absorption des RX) ou, comme au CTTC, la méthode de diffraction laser (voir p.14). Exemples d’observation de poudres au microscope électronique à balayage Surface spécifique La surface spécifique d'une poudre correspond à la surface développée par unité de masse, porosité ouverte comprise. Elle rend compte de la forme des particules et de la rugosité de leur surface. La comparaison de la surface spécifique et de la taille mesurée des particules renseigne sur l'état d'agglomération de la poudre. La technique de mesure granulométrique verra l'agglomérat poreux tandis que la mesure de surface spécifique verra la surface des particules constituant ces agglomérats. La surface spécifique peut varier de quelques dizaines de cm2/g à quelques centaines de m2/g, la valeur moyenne des poudres céramiques couramment employées étant comprise entre 3 et 15 m2/g. Plus la surface spécifique d'une poudre est élevée, plus la tendance à l'agglomération est forte, mais plus la réactivité au frittage est importante. La surface spécifique est classiquement mesurée par adsorption d’un gaz dans des conditions sèches (p.15). Une technique utilisant l’adsorption moléculaire sélective dans des suspensions aqueuses est parfois rencontrée. Le calcul de la surface spécifique utilise la méthode BET 5 points. ÉCOULEMENT DES POUDRES Parmi les procédés de mise en forme des céramiques, le pressage requiert un bon écoulement de la poudre et un remplissage homogène de la matrice ou du moule afin d’obtenir des densités uniformes de façon reproductible. Afin de déterminer cette coulabilité, on utilise une méthode normalisée (voir p.16). 4 5 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES ANALYSES THERMIQUES RHÉOLOGIE DES PÂTES ET SUSPENSIONS Afin d’étudier le comportement en température d’un matériau, il est souvent utile de réaliser une analyse thermique différentielle (ATD). Celle-ci est basée sur l’étude de l’énergie dégagée ou absorbée par le matériau quand il subit des transformations physiques ou chimiques. Elle permet alors de caractériser entre autre, une perte d’eau, la décomposition des hydrates et des carbonates, le départ d’eau de constitution des minéraux argileux, les transformations allotropiques… Cette précédente analyse est souvent couplée avec une analyse thermogravimétrique (ATG) qui détermine les pertes ou les gains de masse que subit un échantillon au cours de son chauffage (voir p.18). La connaissance du comportement rhéologique des systèmes céramiques est indispensable pour une optimisation de l’étape de mise en forme. Les suspensions et pâtes céramiques sont des systèmes multiconstituants présentant des comportements rhéologiques souvent complexes qui vont dépendre de la forme des particules, de leur concentration, de leur répartition granulométrique, mais également des forces d’interactions entre ces particules. Ainsi, dans le cas où les transformations sont uniquement dues à des pertes de poids, les diagrammes obtenus pour l’ATD et l’ATG sont presque identiques. Leur comparaison permet donc de distinguer les réactions s’effectuant à poids constant de celles qui s’accompagnent d’un gain ou d’une perte de masse. La grandeur fondamentale est la viscosité η, rapport de la contrainte de cisaillement τ à la vitesse de déformation γ. (ou gradient de vitesse de cisaillement). η = τ / γ. (1) NB : l’unité est le Pascal-seconde (Pa.s). On trouve encore utilisée la poise (P) ; on se souviendra alors que 1 mPa.s=1 cP. Il est bon d’avoir en tête quelques ordres de grandeurs : De même, réaliser une analyse ATG est particulièrement intéressant dans l’étude de la décomposition des hydrates, des carbonates, des produits organiques… Ainsi, connaissant la température de décomposition d’une substance, cette analyse permet de déterminer son poids contenu dans un matériau. eau 1 mPa.s éthanol 1,2 mPa.s glycérine 0,85 Pa.s polymères fondus 10-1000 Pa.s Quelques valeurs de viscosité en régime linéaire (à 20°C) Pic exothermique associé au départ des produits organiques Exemple de courbes ATG et ATD obtenues sur un échantillon de poudre céramique liée avec un produit organique Début du pic exothermique : la réaction commence Afin d’estimer le comportement au feu des matières céramiques, il peut être effectué une analyse dilatométrique (voir p20) . La courbe obtenue fournit des indications intéressantes en précisant les variations de dimension en fonction de la température. On peut ainsi déterminer le retrait subi par le matériau lors du traitement thermique, la température à laquelle débute ce retrait ou encore calculer son cœfficient de dilatation thermique α. Début du retrait = début du frittage 1 — Comportement linéaire. Pour des fluides simples (eau, solvants en général, certaines huiles etc...) la viscosité est une caractéristique du fluide, fonction essentiellement de la température. La relation (1) est appelée loi de Newton et le comportement rhéologique, comportement Newtonien. C’est une loi linéaire dont la courbe représentative est la suivante : Lorsque l’on applique un échelon de contrainte (expérience de fluage), on constate que la déformation ne s’établit pas instantanément mais nécessite un temps de réponse T. On parle de comportement viscoélastique qui rend compte des forces entre les particules et donc de la structure du fluide. En effet, le fluide se comporte de façon dynamique comme un ressort (raideur G) et un amortisseur (viscosité η) en série. Le temps de réponse T est le rapport de η/G. η dτ + τ = η γ. G dt T=η/G (2) NB : ce modèle, équ.2, dit de Maxwell, est le plus simple que l’on puisse imaginer et est généralement Dilatation du matériau α = 7,7 10-6K-1 Augmentation de volume de l’échantillon dû au changement de phase de la zircone non stabilisée (tétragonale → monoclinique) Exemple de courbe dilatométrique obtenue sur un échantillon de zircone non stabilisée insuffisant pour bien décrire quantitativement le comportement viscoélastique. Pour des temps très courts (t<<T), seul le ressort se déforme et le fluide a un comportement élastique. Pour des temps long (t>>T), le comportement est visqueux. Tous les fluides ont un comportement viscoélastique mais le temps de réponse peut être tellement court que le phénomène est difficile à mettre en évidence (exemple l’eau). Ce n’est pas le cas des suspensions et pâtes céramiques. Une autre façon d’étudier la viscoélasticité est d’appliquer une contrainte sinusoïdale de fréquence N et de faible amplitude pour ne pas rompre la structure du fluide. En régime linéaire, la réponse est une déformation sinusoïdale de même fréquence mais déphasée par rapport à la contrainte appliquée. Un autre essai normalisé, permettant de déterminer la perte de masse totale d’un échantillon après traitement thermique peut être effectué (voir p.19). L’angle de déphasage δ (0<δ<90°) est donc une caractéristique du comportement viscoélastique. 6 7 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES ANALYSES THERMIQUES RHÉOLOGIE DES PÂTES ET SUSPENSIONS Afin d’étudier le comportement en température d’un matériau, il est souvent utile de réaliser une analyse thermique différentielle (ATD). Celle-ci est basée sur l’étude de l’énergie dégagée ou absorbée par le matériau quand il subit des transformations physiques ou chimiques. Elle permet alors de caractériser entre autre, une perte d’eau, la décomposition des hydrates et des carbonates, le départ d’eau de constitution des minéraux argileux, les transformations allotropiques… Cette précédente analyse est souvent couplée avec une analyse thermogravimétrique (ATG) qui détermine les pertes ou les gains de masse que subit un échantillon au cours de son chauffage (voir p.18). La connaissance du comportement rhéologique des systèmes céramiques est indispensable pour une optimisation de l’étape de mise en forme. Les suspensions et pâtes céramiques sont des systèmes multiconstituants présentant des comportements rhéologiques souvent complexes qui vont dépendre de la forme des particules, de leur concentration, de leur répartition granulométrique, mais également des forces d’interactions entre ces particules. Ainsi, dans le cas où les transformations sont uniquement dues à des pertes de poids, les diagrammes obtenus pour l’ATD et l’ATG sont presque identiques. Leur comparaison permet donc de distinguer les réactions s’effectuant à poids constant de celles qui s’accompagnent d’un gain ou d’une perte de masse. La grandeur fondamentale est la viscosité η, rapport de la contrainte de cisaillement τ à la vitesse de déformation γ. (ou gradient de vitesse de cisaillement). η = τ / γ. (1) NB : l’unité est le Pascal-seconde (Pa.s). On trouve encore utilisée la poise (P) ; on se souviendra alors que 1 mPa.s=1 cP. Il est bon d’avoir en tête quelques ordres de grandeurs : De même, réaliser une analyse ATG est particulièrement intéressant dans l’étude de la décomposition des hydrates, des carbonates, des produits organiques… Ainsi, connaissant la température de décomposition d’une substance, cette analyse permet de déterminer son poids contenu dans un matériau. eau 1 mPa.s éthanol 1,2 mPa.s glycérine 0,85 Pa.s polymères fondus 10-1000 Pa.s Quelques valeurs de viscosité en régime linéaire (à 20°C) Pic exothermique associé au départ des produits organiques Exemple de courbes ATG et ATD obtenues sur un échantillon de poudre céramique liée avec un produit organique Début du pic exothermique : la réaction commence Afin d’estimer le comportement au feu des matières céramiques, il peut être effectué une analyse dilatométrique (voir p20) . La courbe obtenue fournit des indications intéressantes en précisant les variations de dimension en fonction de la température. On peut ainsi déterminer le retrait subi par le matériau lors du traitement thermique, la température à laquelle débute ce retrait ou encore calculer son cœfficient de dilatation thermique α. Début du retrait = début du frittage 1 — Comportement linéaire. Pour des fluides simples (eau, solvants en général, certaines huiles etc...) la viscosité est une caractéristique du fluide, fonction essentiellement de la température. La relation (1) est appelée loi de Newton et le comportement rhéologique, comportement Newtonien. C’est une loi linéaire dont la courbe représentative est la suivante : Lorsque l’on applique un échelon de contrainte (expérience de fluage), on constate que la déformation ne s’établit pas instantanément mais nécessite un temps de réponse T. On parle de comportement viscoélastique qui rend compte des forces entre les particules et donc de la structure du fluide. En effet, le fluide se comporte de façon dynamique comme un ressort (raideur G) et un amortisseur (viscosité η) en série. Le temps de réponse T est le rapport de η/G. η dτ + τ = η γ. G dt T=η/G (2) NB : ce modèle, équ.2, dit de Maxwell, est le plus simple que l’on puisse imaginer et est généralement Dilatation du matériau α = 7,7 10-6K-1 Augmentation de volume de l’échantillon dû au changement de phase de la zircone non stabilisée (tétragonale → monoclinique) Exemple de courbe dilatométrique obtenue sur un échantillon de zircone non stabilisée insuffisant pour bien décrire quantitativement le comportement viscoélastique. Pour des temps très courts (t<<T), seul le ressort se déforme et le fluide a un comportement élastique. Pour des temps long (t>>T), le comportement est visqueux. Tous les fluides ont un comportement viscoélastique mais le temps de réponse peut être tellement court que le phénomène est difficile à mettre en évidence (exemple l’eau). Ce n’est pas le cas des suspensions et pâtes céramiques. Une autre façon d’étudier la viscoélasticité est d’appliquer une contrainte sinusoïdale de fréquence N et de faible amplitude pour ne pas rompre la structure du fluide. En régime linéaire, la réponse est une déformation sinusoïdale de même fréquence mais déphasée par rapport à la contrainte appliquée. Un autre essai normalisé, permettant de déterminer la perte de masse totale d’un échantillon après traitement thermique peut être effectué (voir p.19). L’angle de déphasage δ (0<δ<90°) est donc une caractéristique du comportement viscoélastique. 6 7 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES La viscosité est alors caractérisée par le rapport des amplitudes mais aussi par le déphasage φ, ce qui amène à définir une viscosité complexe fonction de la fréquence. η = η’– j η” = |η|{cos φ – j sin φ} De même, le module de rigidité complexe G(ω)), déterminé par des mesures en oscillation, est fonction de la pulsation mais indépendant du temps : G(ω) = G’(ω) + iG”(ω) G’(ω) est le module de conservation (composante élastique) et G’’(ω) le module de perte (composante visqueuse) : – Pour un comportement élastique parfait (solide), G’(ω) est égal au module de rigidité G et G’’(ω)=0. – Dans le cas d’un comportement visqueux Newtonien, G’(ω)=0 et G’’(ω)=ηω. Caractérisation de la thixotropie d’une suspension aqueuse utilisée pour la réalisation d’un dépôt. 2 — Comportement non-linéaire Tous les fluides ont un comportement linéaire pour des contraintes appliquées suffisamment faibles. Inversement pour de nombreux fluides, le comportement cesse d’être linéaire lorsque l’on augmente la contrainte. C’est le cas des polymères, des suspensions et des pâtes céramiques entre autres. La viscosité est alors fonction de la contrainte (ou de façon équivalente de la vitesse de déformation). La courbe η(γ.) est appelée rhéogramme. Elle est généralement obtenue en appliquant une rampe de vitesse de déformation (ou mieux une rampe de contrainte). Le plus souvent, la viscosité décroît lorsque la contrainte augmente, comportement qualifié de rhéofluidifliant. C’est la conséquence de modifications microstructurales sous l’effet de l’écoulement. La variation peut être de plusieurs ordres de grandeur ; il est donc important dans un process d’évaluer les contraintes (ou les vitesses de déformation) mises en jeu et d’effectuer des mesures dans la même gamme de valeur, ce qui n’est pas toujours évident. sédimentation verser mélanger pomper vaporiser < 0,1 s-1 1-10 s-1 10-1000 s-1 10-500 s-1 >10 000 s-1 Quelques valeurs de vitesse de déformation (à titre indicatif) Le comportement contraire est dit rhéoépaississant. Il est rare dans les conditions usuelles mais apparaît toujours aux vitesses de déformation les plus élevées (atomiseur par exemple). Ce comportement peut conduire à un blocage des équipements de mise en forme (extrudeuse, presse d’injection) et est donc à proscrire dans les procédés céramiques. Ce comportement est attribué à une rupture du film liquide autour des particules en mouvement. Une autre explication, qui peut être liée, est l'expansion du volume du fluide soumis au cisaillement par chevauchement des particules les unes sur les autres (les fluides rhéoépaississants sont souvent appelés dilatants). Il est rencontré dans les systèmes fortement concentrés, contenant des agglomérats et avec des particules anguleuses. La décroissance est rapide, la croissance lente. Le comportement peut-être réversible (on revient à la valeur initiale de viscosité) ou non. Dans un rhéogramme cela se traduit par un cycle d’hystérésis. La rhéologie « science de l’écoulement » est appréhendée depuis toujours de façon très intuitive par la notion de viscosité à laquelle on associe les adjectifs visqueux ou fluide. Pour quantifier cette viscosité, des méthodes très simples d’écoulement ont été imaginées comme les coupes à écoulement par exemple, qui permettent de mesurer le temps d’écoulement d’un volume donné de suspension à travers un orifice calibré. Ce type de mesure très facile à réaliser est toutefois très limité et ne renseigne aucunement sur le comportement rhéologique de la suspension. L’analyse proposée (voir p.31) permet donc de caractériser le comportement rhéologique d’une pâte ou d’une suspension en déterminant la courbe d’écoulement et de viscosité et la contrainte seuil. De même, une étude en oscillations peut être effectuée afin de rechercher les paramètres viscoélastiques de la matière. Exemple de courbes obtenues pour une pâte de sérigraphie contenant différents taux de charge céramique : Détermination de la contrainte seuil. 2 - a — La contrainte seuil. Dans le cas des pâtes et suspensions céramiques, il est souvent nécessaire d’appliquer une contrainte supérieure à une contrainte minimale, appelée contrainte seuil τs, pour permettre l’écoulement. Le comportement rhéologique est dit plastique. La détermination précise de ce seuil n’est pas aisée et son interprétation est l'objet de nombreuses études. Du point de vue du process, c’est un paramètre de première importance. En effet, c’est cette contrainte seuil qui permet à une pièce en cru de ne pas fluer sous son propre poids. 2 - b — Comportement thixotrope. La modification de la microstructure induite par l’écoulement n’est pas instantanée mais est caractérisée par un temps de réponse tο. Il faut bien distinguer tο de T, temps de réponse viscoélastique, car en régime linéaire, il n’y a pas modification de la microstructure. tο décroît rapidement avec la contrainte (ou la vitesse de déformation). Par exemple, appliquant un créneau de contrainte (dans les conditions de non-linéarité), on observe les variations suivantes : Exemple d’une courbe d’évolution de la viscosité en fonction de la vitesse de déformation obtenue pour une suspension de coulage en bande 8 9 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES La viscosité est alors caractérisée par le rapport des amplitudes mais aussi par le déphasage φ, ce qui amène à définir une viscosité complexe fonction de la fréquence. η = η’– j η” = |η|{cos φ – j sin φ} De même, le module de rigidité complexe G(ω)), déterminé par des mesures en oscillation, est fonction de la pulsation mais indépendant du temps : G(ω) = G’(ω) + iG”(ω) G’(ω) est le module de conservation (composante élastique) et G’’(ω) le module de perte (composante visqueuse) : – Pour un comportement élastique parfait (solide), G’(ω) est égal au module de rigidité G et G’’(ω)=0. – Dans le cas d’un comportement visqueux Newtonien, G’(ω)=0 et G’’(ω)=ηω. Caractérisation de la thixotropie d’une suspension aqueuse utilisée pour la réalisation d’un dépôt. 2 — Comportement non-linéaire Tous les fluides ont un comportement linéaire pour des contraintes appliquées suffisamment faibles. Inversement pour de nombreux fluides, le comportement cesse d’être linéaire lorsque l’on augmente la contrainte. C’est le cas des polymères, des suspensions et des pâtes céramiques entre autres. La viscosité est alors fonction de la contrainte (ou de façon équivalente de la vitesse de déformation). La courbe η(γ.) est appelée rhéogramme. Elle est généralement obtenue en appliquant une rampe de vitesse de déformation (ou mieux une rampe de contrainte). Le plus souvent, la viscosité décroît lorsque la contrainte augmente, comportement qualifié de rhéofluidifliant. C’est la conséquence de modifications microstructurales sous l’effet de l’écoulement. La variation peut être de plusieurs ordres de grandeur ; il est donc important dans un process d’évaluer les contraintes (ou les vitesses de déformation) mises en jeu et d’effectuer des mesures dans la même gamme de valeur, ce qui n’est pas toujours évident. sédimentation verser mélanger pomper vaporiser < 0,1 s-1 1-10 s-1 10-1000 s-1 10-500 s-1 >10 000 s-1 Quelques valeurs de vitesse de déformation (à titre indicatif) Le comportement contraire est dit rhéoépaississant. Il est rare dans les conditions usuelles mais apparaît toujours aux vitesses de déformation les plus élevées (atomiseur par exemple). Ce comportement peut conduire à un blocage des équipements de mise en forme (extrudeuse, presse d’injection) et est donc à proscrire dans les procédés céramiques. Ce comportement est attribué à une rupture du film liquide autour des particules en mouvement. Une autre explication, qui peut être liée, est l'expansion du volume du fluide soumis au cisaillement par chevauchement des particules les unes sur les autres (les fluides rhéoépaississants sont souvent appelés dilatants). Il est rencontré dans les systèmes fortement concentrés, contenant des agglomérats et avec des particules anguleuses. La décroissance est rapide, la croissance lente. Le comportement peut-être réversible (on revient à la valeur initiale de viscosité) ou non. Dans un rhéogramme cela se traduit par un cycle d’hystérésis. La rhéologie « science de l’écoulement » est appréhendée depuis toujours de façon très intuitive par la notion de viscosité à laquelle on associe les adjectifs visqueux ou fluide. Pour quantifier cette viscosité, des méthodes très simples d’écoulement ont été imaginées comme les coupes à écoulement par exemple, qui permettent de mesurer le temps d’écoulement d’un volume donné de suspension à travers un orifice calibré. Ce type de mesure très facile à réaliser est toutefois très limité et ne renseigne aucunement sur le comportement rhéologique de la suspension. L’analyse proposée (voir p.31) permet donc de caractériser le comportement rhéologique d’une pâte ou d’une suspension en déterminant la courbe d’écoulement et de viscosité et la contrainte seuil. De même, une étude en oscillations peut être effectuée afin de rechercher les paramètres viscoélastiques de la matière. Exemple de courbes obtenues pour une pâte de sérigraphie contenant différents taux de charge céramique : Détermination de la contrainte seuil. 2 - a — La contrainte seuil. Dans le cas des pâtes et suspensions céramiques, il est souvent nécessaire d’appliquer une contrainte supérieure à une contrainte minimale, appelée contrainte seuil τs, pour permettre l’écoulement. Le comportement rhéologique est dit plastique. La détermination précise de ce seuil n’est pas aisée et son interprétation est l'objet de nombreuses études. Du point de vue du process, c’est un paramètre de première importance. En effet, c’est cette contrainte seuil qui permet à une pièce en cru de ne pas fluer sous son propre poids. 2 - b — Comportement thixotrope. La modification de la microstructure induite par l’écoulement n’est pas instantanée mais est caractérisée par un temps de réponse tο. Il faut bien distinguer tο de T, temps de réponse viscoélastique, car en régime linéaire, il n’y a pas modification de la microstructure. tο décroît rapidement avec la contrainte (ou la vitesse de déformation). Par exemple, appliquant un créneau de contrainte (dans les conditions de non-linéarité), on observe les variations suivantes : Exemple d’une courbe d’évolution de la viscosité en fonction de la vitesse de déformation obtenue pour une suspension de coulage en bande 8 9 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES PROPRIÉTÉS DU MATÉRIAU FRITTÉ Résistance au choc thermique Taux de densification Les matériaux céramiques sont parfois soumis à des contraintes thermiques importantes. Il peut donc être intéressant de connaître la résistance au choc thermique qui consiste à soumettre un échantillon à de brusques changements de température et de déterminer ainsi l’écart maximal de température qu’il peut supporter (voir p.17). Le taux de densification d’un matériau fritté (masse volumique apparente de la pièce frittée comparée à la masse volumique théorique) peut être déterminé. La masse volumique théorique est calculée en considérant les masses volumiques théoriques des phases formées au frittage. La masse volumique apparente est déterminée par pesée hydrostatique (voir p.26) ou par mesure géométrique dans le cas d’échantillons très réguliers. Ex : SiC : 300 - 400°C Détection de fissures Porosité ouverte Afin de quantifier la porosité ouverte d’un matériau poreux, une analyse par porosimétrie à mercure peut être effectuée. Elle permet de déterminer la distribution en taille des pores d’une poudre ou d’un matériau massif et par intégration la porosité ouverte (voir p.27). Afin de mettre en évidence la présence de défauts tels que des fissures, débouchants à la surface du matériau, des essais de ressuage peuvent être effectués (voir p.21). Ces essais sont non destructifs. Propriétés mécaniques Selon le mode de sollicitations mécaniques imposé au matériau en utilisation, différents essais peuvent être mis en œuvre. Ainsi, il peut être déterminé la résistance à la rupture pour des échantillons soumis à des contraintes de flexion (voir p.22) ou des contraintes de compression (voir p.23). Porosité ouverte : 37% Exemple de courbe obtenue pour un matériau poreux Ex : Résistance à la flexion Al2O3 : 300 – 400 MPa ZrO2 : 800 – 1500 MPa SiC : 500 - 600 MPa Ex : Résistance à la compression Al2O3 : 2500 MPa ZrO2 : 2900 MPa SiC : 4600 MPa Par mesure de la contrainte à la rupture en flexion 3 points, on peut calculer le module élastique (module d’YOUNG E) du matériau. Ce paramètre relie la déformation du matériau à la contrainte mécanique qui en est responsable (voir p.25). Ex : Microstructure L’analyse de la microstructure d’un échantillon permet de caractériser sa morphologie en dévoilant la répartition et la taille des grains et des pores, la présence d’une phase vitreuse et d’inclusions… EAl2O3 : 300 - 400 GPa EZrO2 : 200 – 300 GPa ESiC : 300 - 400 GPa Les céramiques ont la particularité d’avoir une distribution en taille de défauts assez large (pores, microfissures, grains). Ceci a pour conséquence une distribution des résistances à la rupture également dispersée. Pour déterminer cette distribution, on utilise alors une analyse statistique qui permet de déterminer un cœfficient appelé module de Weibull (m). Il est représentatif de la distribution des défauts ou des contraintes à la rupture et donc de l’homogénéité du matériau (voir p.24). Cette caractérisation est effectuée par microscopie électronique à balayage (voir p.29). En couplant l’analyse d’image, à ces observations, on peut quantifier les taux des différentes phases constituant l’échantillon, la porosité… m = 7,1 Analyse de Weibull appliquée sur une alumine Exemples d’observations au microscope électronique à balayage D’autre part, en utilisant l’analyse X dispersive en énergie, disponible sur notre microscope, il est possible de déterminer la composition chimique d’un matériau (voir p.30). Des essais mécaniques en traction peuvent être réalisés sur les matériaux céramiques mais sont extrêmement délicats à mettre en œuvre en raison de l’absence de plasticité de ces matériaux. L’alignement de la machine de traction doit donc être réalisé avec le plus grand soin pour éviter d’introduire des sollicitations parasites (flexion, cisaillement). 10 11 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES PROPRIÉTÉS DU MATÉRIAU FRITTÉ Résistance au choc thermique Taux de densification Les matériaux céramiques sont parfois soumis à des contraintes thermiques importantes. Il peut donc être intéressant de connaître la résistance au choc thermique qui consiste à soumettre un échantillon à de brusques changements de température et de déterminer ainsi l’écart maximal de température qu’il peut supporter (voir p.17). Le taux de densification d’un matériau fritté (masse volumique apparente de la pièce frittée comparée à la masse volumique théorique) peut être déterminé. La masse volumique théorique est calculée en considérant les masses volumiques théoriques des phases formées au frittage. La masse volumique apparente est déterminée par pesée hydrostatique (voir p.26) ou par mesure géométrique dans le cas d’échantillons très réguliers. Ex : SiC : 300 - 400°C Détection de fissures Porosité ouverte Afin de quantifier la porosité ouverte d’un matériau poreux, une analyse par porosimétrie à mercure peut être effectuée. Elle permet de déterminer la distribution en taille des pores d’une poudre ou d’un matériau massif et par intégration la porosité ouverte (voir p.27). Afin de mettre en évidence la présence de défauts tels que des fissures, débouchants à la surface du matériau, des essais de ressuage peuvent être effectués (voir p.21). Ces essais sont non destructifs. Propriétés mécaniques Selon le mode de sollicitations mécaniques imposé au matériau en utilisation, différents essais peuvent être mis en œuvre. Ainsi, il peut être déterminé la résistance à la rupture pour des échantillons soumis à des contraintes de flexion (voir p.22) ou des contraintes de compression (voir p.23). Porosité ouverte : 37% Exemple de courbe obtenue pour un matériau poreux Ex : Résistance à la flexion Al2O3 : 300 – 400 MPa ZrO2 : 800 – 1500 MPa SiC : 500 - 600 MPa Ex : Résistance à la compression Al2O3 : 2500 MPa ZrO2 : 2900 MPa SiC : 4600 MPa Par mesure de la contrainte à la rupture en flexion 3 points, on peut calculer le module élastique (module d’YOUNG E) du matériau. Ce paramètre relie la déformation du matériau à la contrainte mécanique qui en est responsable (voir p.25). Ex : Microstructure L’analyse de la microstructure d’un échantillon permet de caractériser sa morphologie en dévoilant la répartition et la taille des grains et des pores, la présence d’une phase vitreuse et d’inclusions… EAl2O3 : 300 - 400 GPa EZrO2 : 200 – 300 GPa ESiC : 300 - 400 GPa Les céramiques ont la particularité d’avoir une distribution en taille de défauts assez large (pores, microfissures, grains). Ceci a pour conséquence une distribution des résistances à la rupture également dispersée. Pour déterminer cette distribution, on utilise alors une analyse statistique qui permet de déterminer un cœfficient appelé module de Weibull (m). Il est représentatif de la distribution des défauts ou des contraintes à la rupture et donc de l’homogénéité du matériau (voir p.24). Cette caractérisation est effectuée par microscopie électronique à balayage (voir p.29). En couplant l’analyse d’image, à ces observations, on peut quantifier les taux des différentes phases constituant l’échantillon, la porosité… m = 7,1 Analyse de Weibull appliquée sur une alumine Exemples d’observations au microscope électronique à balayage D’autre part, en utilisant l’analyse X dispersive en énergie, disponible sur notre microscope, il est possible de déterminer la composition chimique d’un matériau (voir p.30). Des essais mécaniques en traction peuvent être réalisés sur les matériaux céramiques mais sont extrêmement délicats à mettre en œuvre en raison de l’absence de plasticité de ces matériaux. L’alignement de la machine de traction doit donc être réalisé avec le plus grand soin pour éviter d’introduire des sollicitations parasites (flexion, cisaillement). 10 11 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N P H Y S I Q U E D E S P O U D R E S Densité par pycnométrie à hélium 13 Analyse granulométrique par diffraction laser 14 Surface spécifique (BET) par adsorption gazeuse 15 Ecoulement d’une poudre 16 CARACTÉRISATION PHYSIQUE DES POUDRES DENSITÉ PAR PYCNOMÉTRIE À HÉLIUM C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E Résistance au choc thermique par trempe 17 Analyse Thermogravimétrique (ATG) 18 Analyse Thermique Différentielle (ATD) 18 Mesure de la perte au feu 19 Analyse dimensionnelle (dilatation/retrait) 20 C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E Détection des fissures et autres défauts de surface par ressuage 21 Résistance mécanique en flexion 3 ou 4 points 22 Résistance mécanique en compression 23 Analyse statistique de Weibull 24 Module élastique (module d’Young) par flexion 25 C A R A C T É R I S AT I O N M I C R O S T R U C T U R A L E Densité apparente par pesée hydrostatique 26 Porosité ouverte par intrusion de mercure 27 Porosité ouverte par pesée hydrostatique 28 Analyse par microscopie optique conventionnelle (MO) 29 Analyse par microscopie électronique à balayage (MEB) 29 Objectif Déterminer la densité d’une poudre ou d’un matériau massif. Appareillage Appareil ACCUPYC 1330 Principe de la mesure L’appareil utilisé est un pycnomètre à déplacement de gaz. Il permet de mesurer le volume réel (hors porosité fermée) d’un échantillon massif ou pulvérulent, de forme régulière ou irrégulière, de masse connue et d’en déduire ainsi la masse volumique. Cellule de mesure : Ø = 18 mm Hmax. = 30 mm C A R A C T É R I S AT I O N C H I M I Q U E Composition chimique par analyse X dispersive en énergie (EDS) 30 C A R A C T É R I S AT I O N R H É O L O G I Q U E Ecoulement 31 Paramètres viscoélastiques 31 Thixotropie 31 Autres paramètres 31 Prise d’échantillon : 5 à 30 g 12 13 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N P H Y S I Q U E D E S P O U D R E S Densité par pycnométrie à hélium 13 Analyse granulométrique par diffraction laser 14 Surface spécifique (BET) par adsorption gazeuse 15 Ecoulement d’une poudre 16 CARACTÉRISATION PHYSIQUE DES POUDRES DENSITÉ PAR PYCNOMÉTRIE À HÉLIUM C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E Résistance au choc thermique par trempe 17 Analyse Thermogravimétrique (ATG) 18 Analyse Thermique Différentielle (ATD) 18 Mesure de la perte au feu 19 Analyse dimensionnelle (dilatation/retrait) 20 C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E Détection des fissures et autres défauts de surface par ressuage 21 Résistance mécanique en flexion 3 ou 4 points 22 Résistance mécanique en compression 23 Analyse statistique de Weibull 24 Module élastique (module d’Young) par flexion 25 C A R A C T É R I S AT I O N M I C R O S T R U C T U R A L E Densité apparente par pesée hydrostatique 26 Porosité ouverte par intrusion de mercure 27 Porosité ouverte par pesée hydrostatique 28 Analyse par microscopie optique conventionnelle (MO) 29 Analyse par microscopie électronique à balayage (MEB) 29 Objectif Déterminer la densité d’une poudre ou d’un matériau massif. Appareillage Appareil ACCUPYC 1330 Principe de la mesure L’appareil utilisé est un pycnomètre à déplacement de gaz. Il permet de mesurer le volume réel (hors porosité fermée) d’un échantillon massif ou pulvérulent, de forme régulière ou irrégulière, de masse connue et d’en déduire ainsi la masse volumique. Cellule de mesure : Ø = 18 mm Hmax. = 30 mm C A R A C T É R I S AT I O N C H I M I Q U E Composition chimique par analyse X dispersive en énergie (EDS) 30 C A R A C T É R I S AT I O N R H É O L O G I Q U E Ecoulement 31 Paramètres viscoélastiques 31 Thixotropie 31 Autres paramètres 31 Prise d’échantillon : 5 à 30 g 12 13 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CARACTÉRISATION PHYSIQUE DES POUDRES CARACTÉRISATION PHYSIQUE DES POUDRES ANALYSE GRANULOMÉTRIQUE PAR DIFFRACTION LASER SURFACE SPÉCIFIQUE (BET) PAR ADSORPTION GAZEUSE Objectif Déterminer la distribution granulométrique d’une poudre par voie sèche ou humide. Objectif Déterminer la surface spécifique d’une poudre ou d’un matériau massif. Appareillage Granulomètre Laser LS230 de Beckman-Coulter. Plage de mesure : 0,04 µm à 2 mm Appareillage Appareil ASAP 2000 Principe de la mesure Cette analyse est basée sur la diffraction d’un rayon laser par les particules de la poudre à tester. L’angle de diffraction du faisceau est fonction de la taille des grains. Principe de la mesure La surface spécifique représente la surface totale par unité de masse d’une poudre ou d’un échantillon massif. Deux modules d’analyse sont à disposition : • Module voie liquide pour les suspensions aqueuses ou organiques Il s’agit donc de considérer toute la surface développée par l’échantillon, porosité ouverte comprise. Plus cette valeur est élevée, plus l’échantillon est réactif. Le principe physique est basé sur l’adsorption de gaz (azote) à basse température. • Module voie sèche pour les poudres Cette analyse utilise la méthode BET 5 points et, pour des échantillons microporeux (Øpore < 3 nm), la méthode de Langmuir. Prise d’échantillon : Module voie liquide : 20 à 50 g Module voie sèche : 100 à 200 g Prise d’échantillon : 1 à 30 g 14 15 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CARACTÉRISATION PHYSIQUE DES POUDRES CARACTÉRISATION PHYSIQUE DES POUDRES ANALYSE GRANULOMÉTRIQUE PAR DIFFRACTION LASER SURFACE SPÉCIFIQUE (BET) PAR ADSORPTION GAZEUSE Objectif Déterminer la distribution granulométrique d’une poudre par voie sèche ou humide. Objectif Déterminer la surface spécifique d’une poudre ou d’un matériau massif. Appareillage Granulomètre Laser LS230 de Beckman-Coulter. Plage de mesure : 0,04 µm à 2 mm Appareillage Appareil ASAP 2000 Principe de la mesure Cette analyse est basée sur la diffraction d’un rayon laser par les particules de la poudre à tester. L’angle de diffraction du faisceau est fonction de la taille des grains. Principe de la mesure La surface spécifique représente la surface totale par unité de masse d’une poudre ou d’un échantillon massif. Deux modules d’analyse sont à disposition : • Module voie liquide pour les suspensions aqueuses ou organiques Il s’agit donc de considérer toute la surface développée par l’échantillon, porosité ouverte comprise. Plus cette valeur est élevée, plus l’échantillon est réactif. Le principe physique est basé sur l’adsorption de gaz (azote) à basse température. • Module voie sèche pour les poudres Cette analyse utilise la méthode BET 5 points et, pour des échantillons microporeux (Øpore < 3 nm), la méthode de Langmuir. Prise d’échantillon : Module voie liquide : 20 à 50 g Module voie sèche : 100 à 200 g Prise d’échantillon : 1 à 30 g 14 15 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CARACTÉRISATION PHYSIQUE DES POUDRES ÉCOULEMENT D’UNE POUDRE C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E RÉSISTANCE AU CHOC THERMIQUE PAR TREMPE Objectif Déterminer la coulabilité d’une poudre granulée obtenue par pelletisation ou par atomisation. Objectif Déterminer la résistance au choc thermique d’un matériau soumis à un brusque changement de température. Appareillage Entonnoir calibré (appareil de Hall). Appareillage Four Nabertherm (Tmax. = 1400°C). Principe de la mesure Cette analyse repose sur la mesure du temps nécessaire à l’écoulement d’une masse donnée de poudre à travers l’orifice d’un appareillage calibré (dimensions normalisées). Principe de la mesure Cet essai consiste à chauffer un échantillon à une température T puis à le refroidir rapidement dans un bain de trempe. Les pièces sont alors inspectées : • soit en utilisant un colorant pour détecter l’apparition de fissures (ressuage) • soit par un essai mécanique (flexion 3 points) pour établir si un affaiblissement s’est produit. Cet essai est destructif. Prise d’échantillon : 50 g minimum Prise d’échantillon : • 5 éprouvettes sous forme de tiges ou de barres (Ø = 10 mm, L = 120 mm) • pièce entière si nécessaire 16 17 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CARACTÉRISATION PHYSIQUE DES POUDRES ÉCOULEMENT D’UNE POUDRE C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E RÉSISTANCE AU CHOC THERMIQUE PAR TREMPE Objectif Déterminer la coulabilité d’une poudre granulée obtenue par pelletisation ou par atomisation. Objectif Déterminer la résistance au choc thermique d’un matériau soumis à un brusque changement de température. Appareillage Entonnoir calibré (appareil de Hall). Appareillage Four Nabertherm (Tmax. = 1400°C). Principe de la mesure Cette analyse repose sur la mesure du temps nécessaire à l’écoulement d’une masse donnée de poudre à travers l’orifice d’un appareillage calibré (dimensions normalisées). Principe de la mesure Cet essai consiste à chauffer un échantillon à une température T puis à le refroidir rapidement dans un bain de trempe. Les pièces sont alors inspectées : • soit en utilisant un colorant pour détecter l’apparition de fissures (ressuage) • soit par un essai mécanique (flexion 3 points) pour établir si un affaiblissement s’est produit. Cet essai est destructif. Prise d’échantillon : 50 g minimum Prise d’échantillon : • 5 éprouvettes sous forme de tiges ou de barres (Ø = 10 mm, L = 120 mm) • pièce entière si nécessaire 16 17 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E MESURE DE LA PERTE AU FEU ANALYSE THERMOGRAVIMÉTRIQUE (ATG) ANALYSE THERMIQUE DIFFÉRENTIELLE (ATD) Objectif Déterminer les variations de masse d’un échantillon et/ou les transformations physico-chimiques d’un matériau lors d’un traitement thermique. Objectif Déterminer la perte de masse totale d’un échantillon après un traitement thermique à 1050°C. Appareillage Thermobalance Netzsch STA-409 Tmax. = 1500°C Appareillage Four Nabertherm Principe de la mesure L’analyse thermogravimétrique (ATG) consiste à mesurer la variation de masse d’un échantillon lors d’un cycle thermique. Principe de la mesure Cet essai consiste à chauffer l’échantillon à 1050°C et à mesurer sa perte de masse. L’analyse thermique différentielle (ATD) est basée sur l’étude de l’énergie dégagée ou absorbée par le matériau quand il subit des transformations physiques ou chimiques lors d’un cycle thermique. Prise d’échantillon : poudre ou massif Ces analyses sont relatives. Les valeurs obtenues sont issues de l’évolution des paramètres de l’échantillon comparativement à celle d’une référence étalon inerte. Prise d’échantillon : quelques grammes 18 19 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E MESURE DE LA PERTE AU FEU ANALYSE THERMOGRAVIMÉTRIQUE (ATG) ANALYSE THERMIQUE DIFFÉRENTIELLE (ATD) Objectif Déterminer les variations de masse d’un échantillon et/ou les transformations physico-chimiques d’un matériau lors d’un traitement thermique. Objectif Déterminer la perte de masse totale d’un échantillon après un traitement thermique à 1050°C. Appareillage Thermobalance Netzsch STA-409 Tmax. = 1500°C Appareillage Four Nabertherm Principe de la mesure L’analyse thermogravimétrique (ATG) consiste à mesurer la variation de masse d’un échantillon lors d’un cycle thermique. Principe de la mesure Cet essai consiste à chauffer l’échantillon à 1050°C et à mesurer sa perte de masse. L’analyse thermique différentielle (ATD) est basée sur l’étude de l’énergie dégagée ou absorbée par le matériau quand il subit des transformations physiques ou chimiques lors d’un cycle thermique. Prise d’échantillon : poudre ou massif Ces analyses sont relatives. Les valeurs obtenues sont issues de l’évolution des paramètres de l’échantillon comparativement à celle d’une référence étalon inerte. Prise d’échantillon : quelques grammes 18 19 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E ANALYSE DIMENSIONNELLE (DILATATION/RETRAIT) EN FONCTION DE LA TEMPÉRATURE PAR MESURE DILATOMÉTRIQUE Objectif Déterminer les variations dimensionnelles d’un matériau au cours d’un traitement thermique. Appareillage Appareil Netzsch de type différentiel 402ED Tmax. = 1600°C Matériau référence standard : Alumine Principe de la mesure C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E DÉTECTION DES FISSURES ET AUTRES DÉFAUTS DE SURFACE PAR RESSUAGE Objectif Mettre en évidence la présence de défauts tels que des fissures, débouchants à la surface d’un matériau. Appareillage Liquide pénétrant et produit révélateur. Cette analyse fournit des indications sur le comportement des matériaux en mesurant les variations de leurs dimensions en fonction de la température. Le calcul du coefficient de dilatation thermique peut-être déterminé. Prise d’échantillon • Matériau cru ou fritté : Section maximale : Ø ou arête = 5 mm Longueur : 5 - 10 - 15 ou 25 mm Principe de la mesure A noter : Plus le retrait (R) est faible, plus la longueur de l’éprouvette doit être importante et inversement. Rmax. mesurable = 28% pour L = 5 mm Rmax. mesurable = 5% pour L = 25 mm • Poudre : 50 à 100 g pour préparation des échantillons par nos soins 20 21 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N T H E R M I Q U E ANALYSE DIMENSIONNELLE (DILATATION/RETRAIT) EN FONCTION DE LA TEMPÉRATURE PAR MESURE DILATOMÉTRIQUE Objectif Déterminer les variations dimensionnelles d’un matériau au cours d’un traitement thermique. Appareillage Appareil Netzsch de type différentiel 402ED Tmax. = 1600°C Matériau référence standard : Alumine Principe de la mesure C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E DÉTECTION DES FISSURES ET AUTRES DÉFAUTS DE SURFACE PAR RESSUAGE Objectif Mettre en évidence la présence de défauts tels que des fissures, débouchants à la surface d’un matériau. Appareillage Liquide pénétrant et produit révélateur. Cette analyse fournit des indications sur le comportement des matériaux en mesurant les variations de leurs dimensions en fonction de la température. Le calcul du coefficient de dilatation thermique peut-être déterminé. Prise d’échantillon • Matériau cru ou fritté : Section maximale : Ø ou arête = 5 mm Longueur : 5 - 10 - 15 ou 25 mm Principe de la mesure A noter : Plus le retrait (R) est faible, plus la longueur de l’éprouvette doit être importante et inversement. Rmax. mesurable = 28% pour L = 5 mm Rmax. mesurable = 5% pour L = 25 mm • Poudre : 50 à 100 g pour préparation des échantillons par nos soins 20 21 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E RÉSISTANCE MÉCANIQUE EN FLEXION 3 OU 4 POINTS C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E RÉSISTANCE MÉCANIQUE EN COMPRESSION Objectif Déterminer la résistance mécanique à la rupture pour des échantillons soumis à des contraintes de flexion. Objectif Déterminer la résistance mécanique à la rupture pour des échantillons soumis à des contraintes de compression. Appareillage Appareil électromécanique Lloyd Instruments de type LR 50K. Capteurs : 0,1 - 5 et 50 KN Vitesse de charge : 0,1 à 3 mm/mn Vitesse standard : 1 mm/mn Appareillage Appareil électromécanique Lloyd Instruments de type LR 50K. Principe de la mesure Capteurs : 0,1 - 5 et 50 KN Vitesse de charge : 0,1 à 3 mm/mn Vitesse standard : 1 mm/mn L’essai de flexion 3 points permet de solliciter en flexion une éprouvette reposant sur 2 appuis en appliquant une charge à équidistance des 2 appuis. L’essai de flexion 4 points permet de solliciter en flexion une éprouvette reposant sur 2 appuis en appliquant une charge égale en 2 points symétriques par rapport au point médian entre ces 2 appuis. Principe de la mesure Un échantillon est soumis à une charge dont la vitesse d’appui est réglable, jusqu’à la rupture. Prise d’échantillon : Eprouvette de forme rectangulaire, cubique ou cylindrique. Prise d’échantillon : Eprouvette de 25 mm de long minimum, de largeur 2,5 mm et d’épaisseur 4 mm avec faces d’appui parfaitement parallèles. Possibilité de préparer les éprouvettes au CTTC. Possibilité de préparer les éprouvettes au CTTC. 22 23 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E RÉSISTANCE MÉCANIQUE EN FLEXION 3 OU 4 POINTS C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E RÉSISTANCE MÉCANIQUE EN COMPRESSION Objectif Déterminer la résistance mécanique à la rupture pour des échantillons soumis à des contraintes de flexion. Objectif Déterminer la résistance mécanique à la rupture pour des échantillons soumis à des contraintes de compression. Appareillage Appareil électromécanique Lloyd Instruments de type LR 50K. Capteurs : 0,1 - 5 et 50 KN Vitesse de charge : 0,1 à 3 mm/mn Vitesse standard : 1 mm/mn Appareillage Appareil électromécanique Lloyd Instruments de type LR 50K. Principe de la mesure Capteurs : 0,1 - 5 et 50 KN Vitesse de charge : 0,1 à 3 mm/mn Vitesse standard : 1 mm/mn L’essai de flexion 3 points permet de solliciter en flexion une éprouvette reposant sur 2 appuis en appliquant une charge à équidistance des 2 appuis. L’essai de flexion 4 points permet de solliciter en flexion une éprouvette reposant sur 2 appuis en appliquant une charge égale en 2 points symétriques par rapport au point médian entre ces 2 appuis. Principe de la mesure Un échantillon est soumis à une charge dont la vitesse d’appui est réglable, jusqu’à la rupture. Prise d’échantillon : Eprouvette de forme rectangulaire, cubique ou cylindrique. Prise d’échantillon : Eprouvette de 25 mm de long minimum, de largeur 2,5 mm et d’épaisseur 4 mm avec faces d’appui parfaitement parallèles. Possibilité de préparer les éprouvettes au CTTC. Possibilité de préparer les éprouvettes au CTTC. 22 23 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E ANALYSE STATISTIQUE DE WEIBULL Objectif Les céramiques ont la particularité d’avoir une distribution en taille de défauts assez large (pores, microfissures, grains). Ceci a pour conséquence une distribution des résistances à la rupture également dispersée. Pour déterminer cette distribution, on utilise alors une analyse statistique qui permet de déterminer un coefficient appelé module de Weibull. Il est représentatif de la distribution des défauts ou des contraintes à la rupture et donc de l’homogénéité du matériau. Appareillage Principe de la mesure Appareil électromécanique Lloyd Instruments de type LR 50K. Capteurs : 0,1 - 5 et 50 KN Vitesse de charge : 0,1 à 3 mm/mn Vitesse standard : 1 mm/mn Les éprouvettes sont soumises à des essais de flexion 3 points comme présentés précédemment dans ce catalogue (p22) Prise d’échantillon : 30 éprouvettes de dimensions comme définies page 22 Possibilité de préparer les éprouvettes au CTTC. C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E MODULE ÉLASTIQUE PAR FLEXION (MODULE D’YOUNG) Objectif Déterminer le module d’Young (E) qui est le paramètre reliant la déformation du matériau à la contrainte mécanique qui en est responsable. Il caractérise la raideur du matériau. Il peut être déterminé à partir de l’équation de la contrainte à la rupture en élasticité linéaire : σ = ε.E où σ est la contrainte appliquée et ε la déformation engendrée. Appareillage Appareil électromécanique Lloyd Instruments de type LR 50K. Capteurs : 0,1 - 5 et 50 KN Vitesse de charge : 0,1 à 3 mm/mn Vitesse standard : 1 mm/mn Principe de la mesure L’analyse consiste à solliciter en flexion 3 ou 4 points une éprouvette et de mesurer la déformation élastique. A partir de celle-ci, le module d’Young est calculé en fonction des équations relatives à un barreau. La détermination du module d’Young s’effectue par flexion statique. Prise d’échantillon : 3 éprouvettes rectangulaires longueur = 110 mm 4 < largeur < 10 mm 0 < épaisseur < 3 mm faces d’appui parallèles Possibilité de préparer les éprouvettes au CTTC. 24 25 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E ANALYSE STATISTIQUE DE WEIBULL Objectif Les céramiques ont la particularité d’avoir une distribution en taille de défauts assez large (pores, microfissures, grains). Ceci a pour conséquence une distribution des résistances à la rupture également dispersée. Pour déterminer cette distribution, on utilise alors une analyse statistique qui permet de déterminer un coefficient appelé module de Weibull. Il est représentatif de la distribution des défauts ou des contraintes à la rupture et donc de l’homogénéité du matériau. Appareillage Principe de la mesure Appareil électromécanique Lloyd Instruments de type LR 50K. Capteurs : 0,1 - 5 et 50 KN Vitesse de charge : 0,1 à 3 mm/mn Vitesse standard : 1 mm/mn Les éprouvettes sont soumises à des essais de flexion 3 points comme présentés précédemment dans ce catalogue (p22) Prise d’échantillon : 30 éprouvettes de dimensions comme définies page 22 Possibilité de préparer les éprouvettes au CTTC. C A R A C T É R I S AT I O N M É C A N I Q U E MODULE ÉLASTIQUE PAR FLEXION (MODULE D’YOUNG) Objectif Déterminer le module d’Young (E) qui est le paramètre reliant la déformation du matériau à la contrainte mécanique qui en est responsable. Il caractérise la raideur du matériau. Il peut être déterminé à partir de l’équation de la contrainte à la rupture en élasticité linéaire : σ = ε.E où σ est la contrainte appliquée et ε la déformation engendrée. Appareillage Appareil électromécanique Lloyd Instruments de type LR 50K. Capteurs : 0,1 - 5 et 50 KN Vitesse de charge : 0,1 à 3 mm/mn Vitesse standard : 1 mm/mn Principe de la mesure L’analyse consiste à solliciter en flexion 3 ou 4 points une éprouvette et de mesurer la déformation élastique. A partir de celle-ci, le module d’Young est calculé en fonction des équations relatives à un barreau. La détermination du module d’Young s’effectue par flexion statique. Prise d’échantillon : 3 éprouvettes rectangulaires longueur = 110 mm 4 < largeur < 10 mm 0 < épaisseur < 3 mm faces d’appui parallèles Possibilité de préparer les éprouvettes au CTTC. 24 25 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CARACTÉRISATION MICROSTRUCTURALE CARACTÉRISATION MICROSTRUCTURALE DENSITÉ APPARENTE PAR PESÉE HYDROSTATIQUE POROSITÉ OUVERTE PAR INTRUSION DE MERCURE Objectif Déterminer la densité apparente d’un matériau massif. Objectif Appareillage Déterminer la distribution en taille des pores d’une poudre ou d’un matériau massif et par intégration la porosité ouverte. - Appareils PASCAL 140 et 240 Plage de mesure de la taille des pores : 0,015 à 150 µm. ou Principe de la mesure - Appareil AUTOPORE 9215 Plage de mesure de la taille des pores : 0,003 à 360 µm. Volume de porosité ouverte > 3% Cette analyse consiste à imprégner un échantillon à l’aide d’un liquide (sous vide ou sous pression). Pour déterminer la densité apparente de l’échantillon, le principe utilisé est celui de la poussée d’Archimède. Principe de la mesure Cette analyse est réalisée par intrusion de mercure sous pression dans l’échantillon. Cette analyse est destructive car du mercure peut rester enfermé dans les pores de l’échantillon. Taille de cellule : Hmax. et Ømax. = 2 cm Remarque : Moins l’échantillon est poreux, plus la masse de la prise d’essai doit être importante et inversement. Ordre de grandeur : pour 50% de porosité ouverte, une prise d’essai de 0,5 g suffira. 26 27 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CARACTÉRISATION MICROSTRUCTURALE CARACTÉRISATION MICROSTRUCTURALE DENSITÉ APPARENTE PAR PESÉE HYDROSTATIQUE POROSITÉ OUVERTE PAR INTRUSION DE MERCURE Objectif Déterminer la densité apparente d’un matériau massif. Objectif Appareillage Déterminer la distribution en taille des pores d’une poudre ou d’un matériau massif et par intégration la porosité ouverte. - Appareils PASCAL 140 et 240 Plage de mesure de la taille des pores : 0,015 à 150 µm. ou Principe de la mesure - Appareil AUTOPORE 9215 Plage de mesure de la taille des pores : 0,003 à 360 µm. Volume de porosité ouverte > 3% Cette analyse consiste à imprégner un échantillon à l’aide d’un liquide (sous vide ou sous pression). Pour déterminer la densité apparente de l’échantillon, le principe utilisé est celui de la poussée d’Archimède. Principe de la mesure Cette analyse est réalisée par intrusion de mercure sous pression dans l’échantillon. Cette analyse est destructive car du mercure peut rester enfermé dans les pores de l’échantillon. Taille de cellule : Hmax. et Ømax. = 2 cm Remarque : Moins l’échantillon est poreux, plus la masse de la prise d’essai doit être importante et inversement. Ordre de grandeur : pour 50% de porosité ouverte, une prise d’essai de 0,5 g suffira. 26 27 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CARACTÉRISATION MICROSTRUCTURALE CARACTÉRISATION MICROSTRUCTURALE POROSITÉ OUVERTE PAR PESÉE HYDROSTATIQUE ANALYSE DE LA MICROSTRUCTURE D’UN MATÉRIAU Objectif Déterminer la porosité, ouverte d’un matériau massif. Principe de la mesure Objectif Caractériser la microstructure d’un échantillon (répartition, taille des grains et des pores, morphologie, phase vitreuse, inclusions…). Appareillage • Microscope optique Olympus BX 60M Grossissement : jusqu’à 100 fois • Microscope électronique à balayage Jeol 6360 LV Grossissement standard : de 5 à 60 000 fois Résolution : 3 nm en mode vide complet 4 nm en mode vide partiel Cette analyse consiste à imprégner un échantillon à l’aide d’un liquide (sous vide ou sous pression). Mesure de la porosité ouverte et calcul de la porosité fermée et donc totale de l’échantillon, de densité théorique connue. Le principe utilisé est celui de la poussée d’Archimède. Principe de la mesure L’observation de la microstructure d’un échantillon peut-être réalisée par microscopie optique conventionnelle ou par microscopie électronique à balayage. Dans ce dernier cas, deux analyses différentes peuvent être envisagées : • Analyse en électrons secondaires : Il s’agit d’électrons qui quittent l’échantillon, libérés par la diffusion non élastique du faisceau incident. Leur énergie est faible (< 50 eV) et ils fournissent des informations sur la topographie de la surface. • Analyse en électrons rétrodiffusés : Dans ce cas, il s’agit d’électrons du faisceau incident qui ont été réémis depuis la surface de l’échantillon en raison d’une diffusion multiple. Leur énergie est élevée et ils peuvent fournir des informations contrastées en fonction du numéro atomique des éléments constituant le matériau. 28 29 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CARACTÉRISATION MICROSTRUCTURALE CARACTÉRISATION MICROSTRUCTURALE POROSITÉ OUVERTE PAR PESÉE HYDROSTATIQUE ANALYSE DE LA MICROSTRUCTURE D’UN MATÉRIAU Objectif Déterminer la porosité, ouverte d’un matériau massif. Principe de la mesure Objectif Caractériser la microstructure d’un échantillon (répartition, taille des grains et des pores, morphologie, phase vitreuse, inclusions…). Appareillage • Microscope optique Olympus BX 60M Grossissement : jusqu’à 100 fois • Microscope électronique à balayage Jeol 6360 LV Grossissement standard : de 5 à 60 000 fois Résolution : 3 nm en mode vide complet 4 nm en mode vide partiel Cette analyse consiste à imprégner un échantillon à l’aide d’un liquide (sous vide ou sous pression). Mesure de la porosité ouverte et calcul de la porosité fermée et donc totale de l’échantillon, de densité théorique connue. Le principe utilisé est celui de la poussée d’Archimède. Principe de la mesure L’observation de la microstructure d’un échantillon peut-être réalisée par microscopie optique conventionnelle ou par microscopie électronique à balayage. Dans ce dernier cas, deux analyses différentes peuvent être envisagées : • Analyse en électrons secondaires : Il s’agit d’électrons qui quittent l’échantillon, libérés par la diffusion non élastique du faisceau incident. Leur énergie est faible (< 50 eV) et ils fournissent des informations sur la topographie de la surface. • Analyse en électrons rétrodiffusés : Dans ce cas, il s’agit d’électrons du faisceau incident qui ont été réémis depuis la surface de l’échantillon en raison d’une diffusion multiple. Leur énergie est élevée et ils peuvent fournir des informations contrastées en fonction du numéro atomique des éléments constituant le matériau. 28 29 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N C H I M I Q U E COMPOSITION CHIMIQUE PAR ANALYSE X DISPERSIVE EN ÉNERGIE (EDS) Objectif Déterminer la composition chimique d’un échantillon. Appareillage Microscope électronique à balayage Jeol 6360 LV Grossissement standard : de 5 à 60 000 fois Principe de la mesure Lors de son bombardement par le faisceau d’électrons incidents à l’intérieur du microscope électronique à balayage, le matériau est excité et ses électrons passent sur des niveaux d’énergie supérieurs. Le retour des électrons dans leur position d’équilibre génère l’émission de rayonnement X caractéristique des éléments constituants l’échantillon. Un détecteur multicanaux en spectroscopie d’énergie permet de classer les photons X en fonction de leur énergie et donc de reconstituer le spectre d’émission de l’échantillon. Une analyse ponctuelle peut être réalisée. Dans ce cas, le volume analysé est de l’ordre de 1µm3. C A R A C T É R I S AT I O N R H É O L O G I Q U E ÉTUDE DE LA RHÉOLOGIE D’UNE PÂTE OU D’UNE SUSPENSION Appareillage Rhéomètre UDS 200 de PAAR PHYSICA Écoulement • Courbe d’écoulement et de viscosité • Détermination de la contrainte seuil Paramètres viscoélastiques • Étude en oscillations Thixotropie Autres paramètres De même, une acquisition point par point peut-être réalisée selon une matrice donnée et l’intensité du pic mesuré pendant un temps donné est reportée sous forme de niveaux de gris spécifiques à chaque élément. On obtient ainsi une cartographie de la répartition des éléments. 30 31 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES C A R A C T É R I S AT I O N C H I M I Q U E COMPOSITION CHIMIQUE PAR ANALYSE X DISPERSIVE EN ÉNERGIE (EDS) Objectif Déterminer la composition chimique d’un échantillon. Appareillage Microscope électronique à balayage Jeol 6360 LV Grossissement standard : de 5 à 60 000 fois Principe de la mesure Lors de son bombardement par le faisceau d’électrons incidents à l’intérieur du microscope électronique à balayage, le matériau est excité et ses électrons passent sur des niveaux d’énergie supérieurs. Le retour des électrons dans leur position d’équilibre génère l’émission de rayonnement X caractéristique des éléments constituants l’échantillon. Un détecteur multicanaux en spectroscopie d’énergie permet de classer les photons X en fonction de leur énergie et donc de reconstituer le spectre d’émission de l’échantillon. Une analyse ponctuelle peut être réalisée. Dans ce cas, le volume analysé est de l’ordre de 1µm3. C A R A C T É R I S AT I O N R H É O L O G I Q U E ÉTUDE DE LA RHÉOLOGIE D’UNE PÂTE OU D’UNE SUSPENSION Appareillage Rhéomètre UDS 200 de PAAR PHYSICA Écoulement • Courbe d’écoulement et de viscosité • Détermination de la contrainte seuil Paramètres viscoélastiques • Étude en oscillations Thixotropie Autres paramètres De même, une acquisition point par point peut-être réalisée selon une matrice donnée et l’intensité du pic mesuré pendant un temps donné est reportée sous forme de niveaux de gris spécifiques à chaque élément. On obtient ainsi une cartographie de la répartition des éléments. 30 31 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S MISE EN FORME P R E S TAT I O N S BROYAGE Pour le broyage, le mélange et la mise en suspension de poudres, nous disposons de différents types de broyeurs permettant de répondre aux besoins des clients tant au niveau d’essais en laboratoire dans un premier temps qu’à celui du transfert de technologies en milieu industriel par la suite. Broyage 33 Appareillages disponibles Sélection 34 Granulation – Atomisation 35 Pressage 36 Cuisson 37 Broyeur planétaire • • • • Broyeur à microbilles Attriteur Ce mode de broyage permet d’atteindre des tailles de particules inférieures au micron. • Fonctionnement en voie humide • Procédé continu ou par batch • Microbilles de broyage: alumine, zircone… • Vitesse de broyage : de 330 à 700 tours/min Granulométrie finale submicronique : d50 ≈ 0,5 µm d90 < 1 µm Fonctionnement en voie sèche ou humide Jarres en alumine de 250 ou 500 ml Billes de broyage : alumine, zircone… Vitesse de broyage de 100 à 320 tours/min Granulométrie finale : d50 = 2 à 4 µm Broyeur Discoplex : volume minimum de suspension : 12 litres Broyeur Netzsch : volume minimum de suspension : 1 litre Broyeur à boulets • • • • Fonctionnement en voie sèche ou humide Procédé discontinu Volume du broyeur : 45 litres Volume de suspension : 15 à 30 litres Granulométrie finale : d50 = 2 à 4 µm Tourne-jarre • • • • Fonctionnement en voie sèche ou humide Jarre en porcelaine de 1 à 13 litres Billes de broyage Volume minimum : 300 ml Granulométrie finale : d50 = 4 à 6 µm Turbula • Mélange de poudres en voie sèche • Volume max. des récipients de mélange : 2 litres • Vitesse de mélange réglable Etude sur demande 32 33 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S MISE EN FORME P R E S TAT I O N S BROYAGE Pour le broyage, le mélange et la mise en suspension de poudres, nous disposons de différents types de broyeurs permettant de répondre aux besoins des clients tant au niveau d’essais en laboratoire dans un premier temps qu’à celui du transfert de technologies en milieu industriel par la suite. Broyage 33 Appareillages disponibles Sélection 34 Granulation – Atomisation 35 Pressage 36 Cuisson 37 Broyeur planétaire • • • • Broyeur à microbilles Attriteur Ce mode de broyage permet d’atteindre des tailles de particules inférieures au micron. • Fonctionnement en voie humide • Procédé continu ou par batch • Microbilles de broyage: alumine, zircone… • Vitesse de broyage : de 330 à 700 tours/min Granulométrie finale submicronique : d50 ≈ 0,5 µm d90 < 1 µm Fonctionnement en voie sèche ou humide Jarres en alumine de 250 ou 500 ml Billes de broyage : alumine, zircone… Vitesse de broyage de 100 à 320 tours/min Granulométrie finale : d50 = 2 à 4 µm Broyeur Discoplex : volume minimum de suspension : 12 litres Broyeur Netzsch : volume minimum de suspension : 1 litre Broyeur à boulets • • • • Fonctionnement en voie sèche ou humide Procédé discontinu Volume du broyeur : 45 litres Volume de suspension : 15 à 30 litres Granulométrie finale : d50 = 2 à 4 µm Tourne-jarre • • • • Fonctionnement en voie sèche ou humide Jarre en porcelaine de 1 à 13 litres Billes de broyage Volume minimum : 300 ml Granulométrie finale : d50 = 4 à 6 µm Turbula • Mélange de poudres en voie sèche • Volume max. des récipients de mélange : 2 litres • Vitesse de mélange réglable Etude sur demande 32 33 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S SÉLECTION GRANULATION – ATOMISATION Pour effectuer des coupures granulométriques, nous disposons de différents systèmes de sélection. Deux types de système de granulation sont disponibles : 1 – l’un pour l’élaboration de granules de poudre 2 – l’autre pour la préparation de granulés de pâtes plastiques Appareillages disponibles Appareillages disponibles Equipement de laboratoire 1 — ELABORATION DE GRANULES DE POUDRE Equipement de laboratoire • Utilisation en voie sèche ou humide • Tamis (Ø = 20 cm) disponibles : de 25 µm à 3,15 mm Tamisage Equipements semi-industriels Pelletiseur • Quantité minimale de poudre nécessaire : 100 g Granulométrie finale : d50 de 100 µm à quelques millimètres Equipement semi-industriel Atomiseur Classifieur • Fonctionnement en voie humide • Granulométrie maximale de la poudre initiale = 100 µm • Coupure granulométrique minimale à 5 µm • Utilisation seul ou en combinaison avec le broyeur microbilles Tamisage • Fonctionnement en voie sèche ou humide • Assisté par vibration pneumatique • Tamis vibrants (Ø = 44 cm) disponibles : 43 µm, 128 µm, 250 µm, 410 µm • Co-courant à buse bi-fluide pneumatique • Capacité d’évaporation : 17 litres d’eau par heure • Quantité minimale de poudre nécessaire : 10 kg Granulométrie finale : d50 de 50 à 200 µm 2 — PREPARATION DE GRANULES DE PÂTES PLASTIQUES Etude sur demande Malaxeur Extrudeur • Préparation à chaud ou à froid • Malaxeur pâles en Z • Volume utile de la cuve : 6 litres • Volume minimum nécessaire : 3 litres Obtention de pâtes plastiques et de granulés de dimensions quelques mm Etude sur demande 34 35 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S SÉLECTION GRANULATION – ATOMISATION Pour effectuer des coupures granulométriques, nous disposons de différents systèmes de sélection. Deux types de système de granulation sont disponibles : 1 – l’un pour l’élaboration de granules de poudre 2 – l’autre pour la préparation de granulés de pâtes plastiques Appareillages disponibles Appareillages disponibles Equipement de laboratoire 1 — ELABORATION DE GRANULES DE POUDRE Equipement de laboratoire • Utilisation en voie sèche ou humide • Tamis (Ø = 20 cm) disponibles : de 25 µm à 3,15 mm Tamisage Equipements semi-industriels Pelletiseur • Quantité minimale de poudre nécessaire : 100 g Granulométrie finale : d50 de 100 µm à quelques millimètres Equipement semi-industriel Atomiseur Classifieur • Fonctionnement en voie humide • Granulométrie maximale de la poudre initiale = 100 µm • Coupure granulométrique minimale à 5 µm • Utilisation seul ou en combinaison avec le broyeur microbilles Tamisage • Fonctionnement en voie sèche ou humide • Assisté par vibration pneumatique • Tamis vibrants (Ø = 44 cm) disponibles : 43 µm, 128 µm, 250 µm, 410 µm • Co-courant à buse bi-fluide pneumatique • Capacité d’évaporation : 17 litres d’eau par heure • Quantité minimale de poudre nécessaire : 10 kg Granulométrie finale : d50 de 50 à 200 µm 2 — PREPARATION DE GRANULES DE PÂTES PLASTIQUES Etude sur demande Malaxeur Extrudeur • Préparation à chaud ou à froid • Malaxeur pâles en Z • Volume utile de la cuve : 6 litres • Volume minimum nécessaire : 3 litres Obtention de pâtes plastiques et de granulés de dimensions quelques mm Etude sur demande 34 35 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S PRESSAGE La technique de pressage est un procédé de mise en forme à partir d’une poudre souvent granulée au préalable. Appareillages disponibles PRESSE UNIAXIALE CUISSON Nous disposons d’un parc complet de fours de capacités diverses permettant de couvrir de larges gammes de températures de cuisson. Fours de laboratoire • Compaction d’une poudre dans une matrice rigide Obtention de pièces de géométrie simple • Four tubulaire sous air : • Presse hydraulique LOIRE col de cygne - Pression max. : 20 T - 300 Bars • Fours cellule sous air : - Ø = 10 cm et L = 1 m - Tmax. = 1300°C - Volume : 13 à 36 litres - Tmax. : 1300 à 1750°C • Presse hydraulique ELMECERAM - Pression max. : 50 T - 250 Bars • Four cellule sous atmosphère : • Presse hydraulique ENERPAC - Pression max. : 23 T - 1000 Bars • Quantité de poudre nécessaire : à adapter selon la géométrie et le taux de compaction désirés - Volume : 1 litre - Tmax. = 2000°C Fours semi-industriels • Fours cellule sous air : PRESSE ISOSTATIQUE À FROID • Compaction d’une poudre dans un sac de pressage flexible maintenu par un moule support rigide. Obtention de pièces de géométrie complexe • Presse Gec Alsthom de modèle 7VBO39 - Pression max. : 2000 bars - Hauteur utile : 1,20 m - Diamètre utile : 0,3 m - Volume : 250 litres pour Tmax. = 1300°C - Volume : 120 litres pour Tmax. = 1600°C • Four cellule sous atmosphère et/ou sous pression : - Pression ≤ 100 bars - Tmax. = 2200°C Etude sur demande Etude sur demande 36 37 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S M I S E E N F O R M E – P R E S TAT I O N S PRESSAGE La technique de pressage est un procédé de mise en forme à partir d’une poudre souvent granulée au préalable. Appareillages disponibles PRESSE UNIAXIALE CUISSON Nous disposons d’un parc complet de fours de capacités diverses permettant de couvrir de larges gammes de températures de cuisson. Fours de laboratoire • Compaction d’une poudre dans une matrice rigide Obtention de pièces de géométrie simple • Four tubulaire sous air : • Presse hydraulique LOIRE col de cygne - Pression max. : 20 T - 300 Bars • Fours cellule sous air : - Ø = 10 cm et L = 1 m - Tmax. = 1300°C - Volume : 13 à 36 litres - Tmax. : 1300 à 1750°C • Presse hydraulique ELMECERAM - Pression max. : 50 T - 250 Bars • Four cellule sous atmosphère : • Presse hydraulique ENERPAC - Pression max. : 23 T - 1000 Bars • Quantité de poudre nécessaire : à adapter selon la géométrie et le taux de compaction désirés - Volume : 1 litre - Tmax. = 2000°C Fours semi-industriels • Fours cellule sous air : PRESSE ISOSTATIQUE À FROID • Compaction d’une poudre dans un sac de pressage flexible maintenu par un moule support rigide. Obtention de pièces de géométrie complexe • Presse Gec Alsthom de modèle 7VBO39 - Pression max. : 2000 bars - Hauteur utile : 1,20 m - Diamètre utile : 0,3 m - Volume : 250 litres pour Tmax. = 1300°C - Volume : 120 litres pour Tmax. = 1600°C • Four cellule sous atmosphère et/ou sous pression : - Pression ≤ 100 bars - Tmax. = 2200°C Etude sur demande Etude sur demande 36 37 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S OUTILS P R AT I Q U E S CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS Classification périodique des éléments 39 Grandeurs physiques de céramiques 40 Outils de conversion 42 Conversion US mesh-Microns 44 Formules 45 Thermocouples (types et codes couleur) 46 Lexique technique 47 38 39 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S OUTILS P R AT I Q U E S CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS Classification périodique des éléments 39 Grandeurs physiques de céramiques 40 Outils de conversion 42 Conversion US mesh-Microns 44 Formules 45 Thermocouples (types et codes couleur) 46 Lexique technique 47 38 39 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S GRANDEURS PHYSIQUES DE CÉRAMIQUES Céramique Masse moléculaire Densité (g/mol) Al2O3 AlN B2O3 B4C BeO BN CaO CdS CeO2 CeS Cr2O3 Cr3C2 CuO Dy2O3 Er2O3 Eu2O3 Fe2O3 FeS Ga2O3 Gd2O3 GeO2 Ho2O3 In2O3 La2O3 Lu2O3 MgO MnO2 MoSi2 Na2O 102 41 69,6 55 25 25 56,1 144 172,1 172,2 151 180 79,6 373 382,5 349,9 159,7 88 187,4 362,5 104,6 377,9 277 325,8 397,9 40,4 86,9 152 62 Température de fusion GRANDEURS PHYSIQUES DE CÉRAMIQUES Céramique (°C) 4 3,3 2,5 2,5 3 2,3 3,3 4,8 7,1 6 5,2 6,7 6,4 7,8 8,6 7,4 5,2 4,7 6,5 7,6 6,2 8,4 7,2 5,9 9,4 3,6 5 6,2 2,3 2054 2300 450 2450 2580 2730 2615 1195 2800 2450 2400 1890 1326 2380 2400 2240 1594 1114 1795 2340 1116 2390 1910 2320 2490 2826 535 2030 1132 Masse moléculaire Densité (g/mol) Nb2O5 NbC NbSi2 NiO PbO Sb2O3 Sc2O3 Si3N4 SiC SiO2 TaSi2 ThO2 TiC TiN TiO2 TiS TiSi2 UO2 V2O5 WB WC Y2O3 Yb2O3 ZnO ZrB2 ZrC ZrN ZrO2 265,8 104 149,1 74,7 223,2 291,5 137,9 140 40 60,1 237 264 60 62 79,8 80 104 270 181,9 195 196 225,8 394,1 81,4 113 103 105 123,2 Température de fusion (°C) 4,6 7,8 5,3 6,7 9,5 5,7 3,86 3,2 3,2 2,6 8,3 9,8 4,9 5,4 4,2 4,1 4,1 10,97 3,4 16 15,7 5 9,2 5,7 6,1 6,9 7,3 6 1510 3500 1950 1955 886 656 2485 Subli,1900 2700 1726 2400 3370 3200 3200 1892 2010 1540 2827 670 2920 2600 2439 2704 1975 3000 3175 3000 2710 40 41 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S GRANDEURS PHYSIQUES DE CÉRAMIQUES Céramique Masse moléculaire Densité (g/mol) Al2O3 AlN B2O3 B4C BeO BN CaO CdS CeO2 CeS Cr2O3 Cr3C2 CuO Dy2O3 Er2O3 Eu2O3 Fe2O3 FeS Ga2O3 Gd2O3 GeO2 Ho2O3 In2O3 La2O3 Lu2O3 MgO MnO2 MoSi2 Na2O 102 41 69,6 55 25 25 56,1 144 172,1 172,2 151 180 79,6 373 382,5 349,9 159,7 88 187,4 362,5 104,6 377,9 277 325,8 397,9 40,4 86,9 152 62 Température de fusion GRANDEURS PHYSIQUES DE CÉRAMIQUES Céramique (°C) 4 3,3 2,5 2,5 3 2,3 3,3 4,8 7,1 6 5,2 6,7 6,4 7,8 8,6 7,4 5,2 4,7 6,5 7,6 6,2 8,4 7,2 5,9 9,4 3,6 5 6,2 2,3 2054 2300 450 2450 2580 2730 2615 1195 2800 2450 2400 1890 1326 2380 2400 2240 1594 1114 1795 2340 1116 2390 1910 2320 2490 2826 535 2030 1132 Masse moléculaire Densité (g/mol) Nb2O5 NbC NbSi2 NiO PbO Sb2O3 Sc2O3 Si3N4 SiC SiO2 TaSi2 ThO2 TiC TiN TiO2 TiS TiSi2 UO2 V2O5 WB WC Y2O3 Yb2O3 ZnO ZrB2 ZrC ZrN ZrO2 265,8 104 149,1 74,7 223,2 291,5 137,9 140 40 60,1 237 264 60 62 79,8 80 104 270 181,9 195 196 225,8 394,1 81,4 113 103 105 123,2 Température de fusion (°C) 4,6 7,8 5,3 6,7 9,5 5,7 3,86 3,2 3,2 2,6 8,3 9,8 4,9 5,4 4,2 4,1 4,1 10,97 3,4 16 15,7 5 9,2 5,7 6,1 6,9 7,3 6 1510 3500 1950 1955 886 656 2485 Subli,1900 2700 1726 2400 3370 3200 3200 1892 2010 1540 2827 670 2920 2600 2439 2704 1975 3000 3175 3000 2710 40 41 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S OUTILS DE CONVERSION Longueur (L) 1 1 1 1 1 1 1 km = 0,6214 mile m = 39,37 inch = 3,281 feet = 1,094 yard inch = 2,54 cm foot (ft) = 30,48 cm mile = 5280 feet micron = 10-6 m Angström = 10-10 m OUTILS DE CONVERSION Vitesse (v) 1 m/s = 39,37 inch/sec = 3,281 feet/sec = 3,6 km/h 1 rpm = 0,1047 radian/sec Energie (E) 1 1 1 1 1 1 Masse (m) 1 pound (lb) = 0,4536 kg 1 tonne = 1000 kg cal = 4,187 Joules = 0,00397 BTU où BTU = British Thermal Units Joule = 0,239 cal = 1 W.sec = 1 N.m W = 1 J/sec = 1 N.m/sec kcal/h = 0,001 thermies/h cal/cm2.h = 11,65 W/m2 kW.h = 3600 kJ Force (F) Masse volumique (ρ) 1 lb/in3 = 27,68 g/cm3 1 lb/ft3 = 0,0160 g/cm3 1 kgf = 9,807 N = 2,2046 lbf 1 N = 0,2248 lbf = 0,102 kgf Pression (P) Viscosité (η) 1 Pa.s = 10 poises = 3600 kg/h.m = 10 dynes.sec/cm2 1 mPa.s = 1 centipoise (cPo) 1 N.s/m2 = 2419 lb/ft.h = 0,672 lb/ft.s Ex. : à Tamb : eau = 1,124 cPo air = 0,018 cPo huile d’olive = 100 cPo glycérol = 1000 cPo bitume = 1011 cPo Température (T) 1 °C = 33,8 °F = 274,15 K 1 K = -272,15 °C = -457,87 °F 1 °F = -17,22 °C = 255,93 K 1 bar = 1 kg/cm2 = 105 Pa 1000 bar = 100 MPa = 1 tonne/cm2 10 bars = 1 MPa = 1 N/mm2 = 145 Psi ≈ 9,869 atm ≈ 7500 Torr 1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar = 1,45.10-4 Psi = 10 dynes/cm2 = 7,5 10-3 Torr (mm Hg) 1 atm = 0,1 MPa Conductivité thermique (λ) 1 W/ m.K = 0,5778 BTU/h.ft.°F Chaleur spécifique massique (Cp) 1 J/ kg.K = 0,239 BTU/lb.°F 42 43 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S OUTILS DE CONVERSION Longueur (L) 1 1 1 1 1 1 1 km = 0,6214 mile m = 39,37 inch = 3,281 feet = 1,094 yard inch = 2,54 cm foot (ft) = 30,48 cm mile = 5280 feet micron = 10-6 m Angström = 10-10 m OUTILS DE CONVERSION Vitesse (v) 1 m/s = 39,37 inch/sec = 3,281 feet/sec = 3,6 km/h 1 rpm = 0,1047 radian/sec Energie (E) 1 1 1 1 1 1 Masse (m) 1 pound (lb) = 0,4536 kg 1 tonne = 1000 kg cal = 4,187 Joules = 0,00397 BTU où BTU = British Thermal Units Joule = 0,239 cal = 1 W.sec = 1 N.m W = 1 J/sec = 1 N.m/sec kcal/h = 0,001 thermies/h cal/cm2.h = 11,65 W/m2 kW.h = 3600 kJ Force (F) Masse volumique (ρ) 1 lb/in3 = 27,68 g/cm3 1 lb/ft3 = 0,0160 g/cm3 1 kgf = 9,807 N = 2,2046 lbf 1 N = 0,2248 lbf = 0,102 kgf Pression (P) Viscosité (η) 1 Pa.s = 10 poises = 3600 kg/h.m = 10 dynes.sec/cm2 1 mPa.s = 1 centipoise (cPo) 1 N.s/m2 = 2419 lb/ft.h = 0,672 lb/ft.s Ex. : à Tamb : eau = 1,124 cPo air = 0,018 cPo huile d’olive = 100 cPo glycérol = 1000 cPo bitume = 1011 cPo Température (T) 1 °C = 33,8 °F = 274,15 K 1 K = -272,15 °C = -457,87 °F 1 °F = -17,22 °C = 255,93 K 1 bar = 1 kg/cm2 = 105 Pa 1000 bar = 100 MPa = 1 tonne/cm2 10 bars = 1 MPa = 1 N/mm2 = 145 Psi ≈ 9,869 atm ≈ 7500 Torr 1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar = 1,45.10-4 Psi = 10 dynes/cm2 = 7,5 10-3 Torr (mm Hg) 1 atm = 0,1 MPa Conductivité thermique (λ) 1 W/ m.K = 0,5778 BTU/h.ft.°F Chaleur spécifique massique (Cp) 1 J/ kg.K = 0,239 BTU/lb.°F 42 43 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S CONVERSION US MESH – MICRONS FORMULES Conductivité thermique US MESH Microns (µm) Pouces (inch) 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 100 120 140 170 200 230 270 325 400 500 4760 4000 3360 2830 2380 2000 1680 1410 1190 1000 840 710 590 500 420 350 297 250 210 177 149 125 105 88 74 62 53 44 37 31 0,187 0,157 0,132 0,111 0,0937 0,0787 0,0661 0,0555 0,0469 0,0394 0,0331 0,0280 0,0232 0,0197 0,0165 0,0138 0,0117 0,0098 0,0083 0,0070 0,0059 0,0049 0,0041 0,0035 0,0029 0,0024 0,0021 0,0017 0,0015 0,0012 λ = α . ρ . Cp avec λ = conductivité thermique (W/m.K) α = diffusivité thermique (m2/s) ρ = masse volumique apparente (kg/m3) Cp = chaleur spécifique (J/kg.K) Dilatation thermique α = (Δl/l0) / ΔT avec α = coefficient de dilatation thermique linéaire (K-1) Δl = écart entre longueur finale et initiale (mm) ΔT = écart entre température initiale et finale (K) l0 = longueur initale (mm) Flexion 3 points σf = 3 x Fm x l2 2xbxh avec σf = contrainte de rupture maximale (N/mm2) Fm = force maximale au moment de la rupture (N) b = largeur de l’éprouvette (mm) h = épaisseur de l’éprouvette dans le sens de la flexion (mm) l = distance entre les axes des cylindres d’appui externes (mm) Flexion 4 points σf = 3 x Fm x2 d bxh avec σf = contrainte de rupture maximale (N/mm2) Fm = force maximale au moment de la rupture (N) b = largeur de l’éprouvette (mm) h = épaisseur de l’éprouvette dans le sens de la flexion (mm) d = distance entre les axes des cylindres d’appui internes et externes (mm) Module élastique σ=E.ε avec σ = contrainte (Pa) ε = Déformation E = Module d’élasticité (module d’Young) (Pa) Ténacité __ Kc = Y . σf . √ac avec Kc = coefficient d’intensité de contrainte critique ou ténacité (MPa.m1/2) Y = Constante géométrique caractéristique du solide σf = contrainte de rupture maximale (MPa) ac = Diamètre ou longueur du défaut critique (m) Viscosité τ = η . γ. avec τ = contrainte tangentielle (Pa) η = viscosité (Pa.s) γ. = gradient de vitesse (s-1) 44 45 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S CONVERSION US MESH – MICRONS FORMULES Conductivité thermique US MESH Microns (µm) Pouces (inch) 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 100 120 140 170 200 230 270 325 400 500 4760 4000 3360 2830 2380 2000 1680 1410 1190 1000 840 710 590 500 420 350 297 250 210 177 149 125 105 88 74 62 53 44 37 31 0,187 0,157 0,132 0,111 0,0937 0,0787 0,0661 0,0555 0,0469 0,0394 0,0331 0,0280 0,0232 0,0197 0,0165 0,0138 0,0117 0,0098 0,0083 0,0070 0,0059 0,0049 0,0041 0,0035 0,0029 0,0024 0,0021 0,0017 0,0015 0,0012 λ = α . ρ . Cp avec λ = conductivité thermique (W/m.K) α = diffusivité thermique (m2/s) ρ = masse volumique apparente (kg/m3) Cp = chaleur spécifique (J/kg.K) Dilatation thermique α = (Δl/l0) / ΔT avec α = coefficient de dilatation thermique linéaire (K-1) Δl = écart entre longueur finale et initiale (mm) ΔT = écart entre température initiale et finale (K) l0 = longueur initale (mm) Flexion 3 points σf = 3 x Fm x l2 2xbxh avec σf = contrainte de rupture maximale (N/mm2) Fm = force maximale au moment de la rupture (N) b = largeur de l’éprouvette (mm) h = épaisseur de l’éprouvette dans le sens de la flexion (mm) l = distance entre les axes des cylindres d’appui externes (mm) Flexion 4 points σf = 3 x Fm x2 d bxh avec σf = contrainte de rupture maximale (N/mm2) Fm = force maximale au moment de la rupture (N) b = largeur de l’éprouvette (mm) h = épaisseur de l’éprouvette dans le sens de la flexion (mm) d = distance entre les axes des cylindres d’appui internes et externes (mm) Module élastique σ=E.ε avec σ = contrainte (Pa) ε = Déformation E = Module d’élasticité (module d’Young) (Pa) Ténacité __ Kc = Y . σf . √ac avec Kc = coefficient d’intensité de contrainte critique ou ténacité (MPa.m1/2) Y = Constante géométrique caractéristique du solide σf = contrainte de rupture maximale (MPa) ac = Diamètre ou longueur du défaut critique (m) Viscosité τ = η . γ. avec τ = contrainte tangentielle (Pa) η = viscosité (Pa.s) γ. = gradient de vitesse (s-1) 44 45 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S THERMOCOUPLES – TYPES Type Thermocouple LEXIQUE TECHNIQUE Matériaux Plage d’utilisation B C Platine 30% Rhodium (+) Platine 6% Rhodium (-) 100 – 1700°C A W5Re Tungstène 5% Rhénium (+) W26Re Tungstène 26% Rhénium (-) 20 – 2300°C Alsing - Wet ball-mill E Chrome (+) Constantan (-) -40 – 900°C Fer (+) Constantan (-) -40 – 750°C Chromel (+) Alumel (-) -40 – 1300°C Nicrosil (+) Nisil (-) -40 – 1200°C Platine 13% Rhodium (+) Platine (-) 0 – 1600°C Platine 10% Rhodium (+) Platine (-) 0 – 1700°C Cuivre (+) Constantan (-) -200 – 350°C [55%Nickel-45%Cuivre] J K N R S T Broyeur industriel à boulet. Atmosphère - Atmosphere. neutral Oxidizing reducing Terme employé pour désigner l’ensemble des gaz dans un four de traitement thermique : ces gaz étant en contact avec les produits et pouvant diffuser au sein des matériaux. Il existe trois types d’atmosphère : oxydante, neutre ou réductrice. Atomisation - Spray drying Elaboration de granules de poudre, par séchage de gouttelettes de barbotine pulvérisée à l’aide d’un courant d’air chaud. B Broyage - Grinding THERMOCOUPLES – CODE COULEUR United States ASTM Procédé qui consiste à réduire en fines particules les matières premières éventuellement mélangées, afin d’obtenir des ensembles homogènes et réactifs pour les traitements ultérieurs. Il s’agit de fragmentation par voie mécanique à l’aide de corps broyants adaptés à la dureté des matériaux à broyer et à la finesse de la poudre désirée. C French NFE Cermet - Cermet Matériau composite comprenant au moins une phase céramique et une phase métallique. Le terme céramique utilisé désigne aussi bien les oxydes que les non-oxydes. German DIN Chaleur spécifique - Specific heat Quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de l’unité de masse d’un matériau de 1K, à température et pression constantes. British BS1843 : 1952 British BS4937 : Part 30 : 1993 Coefficient de dilatation thermique linéaire Linear thermal expansion coefficient Allongement proportionnel qui se produit lorsqu’un matériau est chauffé sur un intervalle de températures de 1K à la température T. Conductivité thermique (λ) - Thermal conductivity Densité du flux de chaleur divisée par le gradient de température. 46 47 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S THERMOCOUPLES – TYPES Type Thermocouple LEXIQUE TECHNIQUE Matériaux Plage d’utilisation B C Platine 30% Rhodium (+) Platine 6% Rhodium (-) 100 – 1700°C A W5Re Tungstène 5% Rhénium (+) W26Re Tungstène 26% Rhénium (-) 20 – 2300°C Alsing - Wet ball-mill E Chrome (+) Constantan (-) -40 – 900°C Fer (+) Constantan (-) -40 – 750°C Chromel (+) Alumel (-) -40 – 1300°C Nicrosil (+) Nisil (-) -40 – 1200°C Platine 13% Rhodium (+) Platine (-) 0 – 1600°C Platine 10% Rhodium (+) Platine (-) 0 – 1700°C Cuivre (+) Constantan (-) -200 – 350°C [55%Nickel-45%Cuivre] J K N R S T Broyeur industriel à boulet. Atmosphère - Atmosphere. neutral Oxidizing reducing Terme employé pour désigner l’ensemble des gaz dans un four de traitement thermique : ces gaz étant en contact avec les produits et pouvant diffuser au sein des matériaux. Il existe trois types d’atmosphère : oxydante, neutre ou réductrice. Atomisation - Spray drying Elaboration de granules de poudre, par séchage de gouttelettes de barbotine pulvérisée à l’aide d’un courant d’air chaud. B Broyage - Grinding THERMOCOUPLES – CODE COULEUR United States ASTM Procédé qui consiste à réduire en fines particules les matières premières éventuellement mélangées, afin d’obtenir des ensembles homogènes et réactifs pour les traitements ultérieurs. Il s’agit de fragmentation par voie mécanique à l’aide de corps broyants adaptés à la dureté des matériaux à broyer et à la finesse de la poudre désirée. C French NFE Cermet - Cermet Matériau composite comprenant au moins une phase céramique et une phase métallique. Le terme céramique utilisé désigne aussi bien les oxydes que les non-oxydes. German DIN Chaleur spécifique - Specific heat Quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de l’unité de masse d’un matériau de 1K, à température et pression constantes. British BS1843 : 1952 British BS4937 : Part 30 : 1993 Coefficient de dilatation thermique linéaire Linear thermal expansion coefficient Allongement proportionnel qui se produit lorsqu’un matériau est chauffé sur un intervalle de températures de 1K à la température T. Conductivité thermique (λ) - Thermal conductivity Densité du flux de chaleur divisée par le gradient de température. 46 47 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S LEXIQUE TECHNIQUE suite… Contrainte mécanique (σ) - Mechanical stress Action mécanique extérieure subie par un matériau (traction, compression, flexion). C’est le rapport F/S, force appliquée par unité de surface, exprimée généralement en MPa. Cyclone - Air separator - Cyclone Il s’agit d’un appareil industriel, situé dans un atomiseur, qui permet la séparation des particules. Il utilise un courant d’air tourbillonnaire à débit variable qui conditionne la taille limite entre les grosses particules et les fines. Le cyclone permet de récupérer les fines particules à la sortie de l’atomiseur. LEXIQUE TECHNIQUE suite… F Flexion 3 points - 3 points bending Moyen de solliciter en flexion une éprouvette en forme de barreau reposant sur deux appuis en appliquant une charge à équi-distance des deux appuis. Flexion 4 points - 4 points bending Moyen de solliciter en flexion une éprouvette en forme de barreau reposant sur deux appuis en appliquant une charge égale en deux points symétriques par rapport au point médian entre ces deux appuis. Fragile - Brittle D Déformation (ε) - Strain Différence de forme du matériau avant et après l’application d’une contrainte, adimensionné (Δl/l0 : allongement/longueur). Se dit d’un matériau qui ne peut pas s’étirer ou plus généralement se déformer, sans se rompre. Terme opposé à ductile. Déformation élastique - Elastic strain G Déformation réversible du matériau. Quand les forces sont appliquées sur l’objet, celui-ci change de forme pour retrouver sa forme initiale après le relâchement des contraintes. Granulation - Granulation Déformation plastique - Plastic strain Déformation irréversible du matériau. Densité - Density Traitement d’une poudre fine pour obtenir des agglomérats sensiblement sphériques de 200 µm à quelques millimètres de diamètre. Granulométrie - Granulometry Dimension des grains constituant une poudre et leur répartition. La notion de densité permet de définir le caractère massique d’un matériau par rapport à un matériau de référence. Le matériau de référence est l’eau (1g/cm3). Densité absolue - True density Densité du matériau ne tenant pas compte de sa porosité ouverte et fermée. Densité apparente - Bulk density L Limite d’écoulement (τ) - Yield-value Tension de cisaillement à partir de laquelle un fluide commence à s’écouler. Densité du matériau tenant compte de sa porosité ouverte et fermée. Densité vraie - Apparent density Limite d’élasticité - Elastic limit Contrainte à partir de laquelle un matériau rentre dans la zone non plastique. Densité du matériau tenant compte uniquement de sa porosité fermée. Dilatant (fluide) - Dilating (fluid) Fluide qui tend à se dilater quand la force de cisaillement augmente (inverse de pseudo-plastique). Dilatation thermique linéaire - Linear thermal expansion Allongement proportionnel qui se produit lorsqu’un matériau est chauffé. Ductile - Ductile Se dit d’un matériau qui peut être étiré sans se rompre. Terme opposé à fragile. M Module d’Young (E) - Young modulus Facteur de proportionnalité entre la contrainte (σ) et la déformation (ε) relatif à la raideur du matériau. σ = E*ε 48 49 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S LEXIQUE TECHNIQUE suite… Contrainte mécanique (σ) - Mechanical stress Action mécanique extérieure subie par un matériau (traction, compression, flexion). C’est le rapport F/S, force appliquée par unité de surface, exprimée généralement en MPa. Cyclone - Air separator - Cyclone Il s’agit d’un appareil industriel, situé dans un atomiseur, qui permet la séparation des particules. Il utilise un courant d’air tourbillonnaire à débit variable qui conditionne la taille limite entre les grosses particules et les fines. Le cyclone permet de récupérer les fines particules à la sortie de l’atomiseur. LEXIQUE TECHNIQUE suite… F Flexion 3 points - 3 points bending Moyen de solliciter en flexion une éprouvette en forme de barreau reposant sur deux appuis en appliquant une charge à équi-distance des deux appuis. Flexion 4 points - 4 points bending Moyen de solliciter en flexion une éprouvette en forme de barreau reposant sur deux appuis en appliquant une charge égale en deux points symétriques par rapport au point médian entre ces deux appuis. Fragile - Brittle D Déformation (ε) - Strain Différence de forme du matériau avant et après l’application d’une contrainte, adimensionné (Δl/l0 : allongement/longueur). Se dit d’un matériau qui ne peut pas s’étirer ou plus généralement se déformer, sans se rompre. Terme opposé à ductile. Déformation élastique - Elastic strain G Déformation réversible du matériau. Quand les forces sont appliquées sur l’objet, celui-ci change de forme pour retrouver sa forme initiale après le relâchement des contraintes. Granulation - Granulation Déformation plastique - Plastic strain Déformation irréversible du matériau. Densité - Density Traitement d’une poudre fine pour obtenir des agglomérats sensiblement sphériques de 200 µm à quelques millimètres de diamètre. Granulométrie - Granulometry Dimension des grains constituant une poudre et leur répartition. La notion de densité permet de définir le caractère massique d’un matériau par rapport à un matériau de référence. Le matériau de référence est l’eau (1g/cm3). Densité absolue - True density Densité du matériau ne tenant pas compte de sa porosité ouverte et fermée. Densité apparente - Bulk density L Limite d’écoulement (τ) - Yield-value Tension de cisaillement à partir de laquelle un fluide commence à s’écouler. Densité du matériau tenant compte de sa porosité ouverte et fermée. Densité vraie - Apparent density Limite d’élasticité - Elastic limit Contrainte à partir de laquelle un matériau rentre dans la zone non plastique. Densité du matériau tenant compte uniquement de sa porosité fermée. Dilatant (fluide) - Dilating (fluid) Fluide qui tend à se dilater quand la force de cisaillement augmente (inverse de pseudo-plastique). Dilatation thermique linéaire - Linear thermal expansion Allongement proportionnel qui se produit lorsqu’un matériau est chauffé. Ductile - Ductile Se dit d’un matériau qui peut être étiré sans se rompre. Terme opposé à fragile. M Module d’Young (E) - Young modulus Facteur de proportionnalité entre la contrainte (σ) et la déformation (ε) relatif à la raideur du matériau. σ = E*ε 48 49 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S LEXIQUE TECHNIQUE suite… LEXIQUE TECHNIQUE suite… N-O R Newtonien (fluide) - Newtonien (fluid) Rhéologie - Rheology Fluide qui s’écoule sous l’action d’une force de cisaillement infiniment faible. La vitesse de déformation (G) est proportionnelle à la force de cisaillement ( F). Ces fluides sont appelés des fluides normaux. La rhéologie est la science de la déformation et de l’écoulement de la matière. Non-newtonien (fluide) - No-newtonien (fluid) La vitesse de déformation (G) de ce type de fluide n’est pas proportionnelle à la force de cisaillement (F). Ces fluide sont dits anormaux. Ils sont de 3 types : – fluide plastique – fluide pseudo-plastique – fluide dilatant S Surface spécifique - Specific area La surface spécifique représente la surface totale, accessible aux atomes et aux molécules, par unité de masse d’un produit. Toute la surface de chaque particule est considérée, y compris la porosité ouverte. T P Tamisage - Sieving Plastique (fluide) - Plastic (fluid) Fluide qui exige une force minimum, appelée limite d’écoulement (τ), pour s’écouler. Séparation des particules selon leur taille, par passages sélectifs à travers des toiles ou grilles à mailles calibrées fixées à un cadre, l’ensemble appelé tamis. Les grains de taille inférieure à la dimension de la maille forment le passant contrairement aux grains de taille supérieure qui forment le refus de tamis. Thixotropie - Thixotropy Pseudo-plastique (fluide) - Pseudo-plastic (fluid) Fluide qui s’écoule sous une force de cisaillement (F) très faible mais pour lequel la vitesse de déformation (G) n’est pas proportionnelle à la force de cisaillement. Porosité - Porosity Ensemble des vides répartis au sein d’une céramique. Ces vides sont des pores ouverts (capillaires) sur l’extérieur de la pièce et des pores fermés dans certains cas. La porosité totale est donnée par le rapport du volume des vides (porosité ouverte et fermée) au volume apparent de l’échantillon. Porosité ouverte - Opened porosity Propriété qu’ont certains fluides de passer de l’état visqueux à l’état liquide lorsqu’on les agite et de retrouver leur état initial après un temps de repos. Le retour de l’état fluide à l’état visqueux ne se fait pas avec la même évolution que la transformation inverse. On parle d’hystérésis. U-V Viscosité - Viscosity La loi de Newton : τ = η . γ. exprime la relation linéaire entre la contrainte tangentielle (τ) et le gradient de vitesse (γ.), par l’intermédiaire d’un coefficient de proportionnalité appelé «viscosité», η. Ensemble des pores communiquant avec la surface du matériau. Porosité fermée - Closed porosity Ensemble des pores ne communiquant pas avec la surface du matériau. 50 51 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES O U T I L S P R AT I Q U E S O U T I L S P R AT I Q U E S LEXIQUE TECHNIQUE suite… LEXIQUE TECHNIQUE suite… N-O R Newtonien (fluide) - Newtonien (fluid) Rhéologie - Rheology Fluide qui s’écoule sous l’action d’une force de cisaillement infiniment faible. La vitesse de déformation (G) est proportionnelle à la force de cisaillement ( F). Ces fluides sont appelés des fluides normaux. La rhéologie est la science de la déformation et de l’écoulement de la matière. Non-newtonien (fluide) - No-newtonien (fluid) La vitesse de déformation (G) de ce type de fluide n’est pas proportionnelle à la force de cisaillement (F). Ces fluide sont dits anormaux. Ils sont de 3 types : – fluide plastique – fluide pseudo-plastique – fluide dilatant S Surface spécifique - Specific area La surface spécifique représente la surface totale, accessible aux atomes et aux molécules, par unité de masse d’un produit. Toute la surface de chaque particule est considérée, y compris la porosité ouverte. T P Tamisage - Sieving Plastique (fluide) - Plastic (fluid) Fluide qui exige une force minimum, appelée limite d’écoulement (τ), pour s’écouler. Séparation des particules selon leur taille, par passages sélectifs à travers des toiles ou grilles à mailles calibrées fixées à un cadre, l’ensemble appelé tamis. Les grains de taille inférieure à la dimension de la maille forment le passant contrairement aux grains de taille supérieure qui forment le refus de tamis. Thixotropie - Thixotropy Pseudo-plastique (fluide) - Pseudo-plastic (fluid) Fluide qui s’écoule sous une force de cisaillement (F) très faible mais pour lequel la vitesse de déformation (G) n’est pas proportionnelle à la force de cisaillement. Porosité - Porosity Ensemble des vides répartis au sein d’une céramique. Ces vides sont des pores ouverts (capillaires) sur l’extérieur de la pièce et des pores fermés dans certains cas. La porosité totale est donnée par le rapport du volume des vides (porosité ouverte et fermée) au volume apparent de l’échantillon. Porosité ouverte - Opened porosity Propriété qu’ont certains fluides de passer de l’état visqueux à l’état liquide lorsqu’on les agite et de retrouver leur état initial après un temps de repos. Le retour de l’état fluide à l’état visqueux ne se fait pas avec la même évolution que la transformation inverse. On parle d’hystérésis. U-V Viscosité - Viscosity La loi de Newton : τ = η . γ. exprime la relation linéaire entre la contrainte tangentielle (τ) et le gradient de vitesse (γ.), par l’intermédiaire d’un coefficient de proportionnalité appelé «viscosité», η. Ensemble des pores communiquant avec la surface du matériau. Porosité fermée - Closed porosity Ensemble des pores ne communiquant pas avec la surface du matériau. 50 51 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CONDITIONS GÉNÉRALES DE VENTE V. C O N F I D E N T I A L I T E I. COMMANDE Toute commande devra être passée au CTTC par écrit (courrier, télécopie, courrier électronique). Une commande ne devient définitive qu'après son acceptation par le CTTC (cette acceptation est signifiée au donneur d'ordre par un Accusé de Réception de Commande). Cette commande devra comporter au minimum les éléments suivants : la raison sociale du donneur d'ordre, un numéro de commande, la date, la désignation des prestations, la désignation des échantillons s'il y en a, l'identité et la qualité du signataire, le destinataire des résultats, les conditions particulières définies d'un commun accord et la signature du donneur d'ordre. II. ECHANTILLONS Le donneur d'ordre doit mettre gratuitement à la disposition du CTTC les échantillons, nécessaires à la prestation, ainsi que les fiches de sécurité dans le cas de composés chimiques sensibles. Les frais de port sont toujours à la charge du donneur d'ordre, notamment lorsque celui-ci mentionne leur renvoi après essais. Il est souhaitable de bien soigner l’emballage des échantillons afin d’éviter leur détérioration pendant le transport, d’identifier chaque échantillon et de joindre, dans le colis, une note rappelant la désignation des échantillons ainsi que les essais et/ou analyses demandées. Si le CTTC doit se charger de leur achat, les frais correspondant sont répercutés au donneur d'ordre majorés de 7% pour les frais de gestion. Le CTTC ne saurait en aucun cas être tenu pour responsable de la détérioration des échantillons, produits ou matériels, du fait de leur transport ou si cette détérioration est la conséquence des prestations. En terme de représentativité, la validité des résultats ne saurait être rapprochée que des quantités d'échantillons (volume ou pièces) reçues au CTTC. La durée de conservation des échantillons pour une analyse ultérieure devra faire l'objet d'un accord entre le CTTC et le donneur d'ordre. A défaut, les échantillons seront conservés pendant 1 mois après l’envoi des résultats. Les éprouvettes d'essai ou échantillons non testés ne sont pas restitués. Les échantillons sont réceptionnés du lundi au vendredi de 8H30 à 12H30 et de 13H30 à 17H, hors périodes de fermeture et jours fériés. III. CONDITIONS DE REALISATION DES PRESTATIONS ET DELAIS D'EXECUTION Le CTTC s'interdit de communiquer à des tiers, sans accord préalable du donneur d'ordre, tout renseignement concernant les prestations qui lui sont demandées. Le personnel du CTTC est contractuellement tenu au secret professionnel. VI. RESERVE DE PROPRIETE Les obligations contractuelles sont remplies dès lors que les résultats ont été communiqués au donneur d'ordre et que celui-ci a versé intégralement le prix des prestations. VII. RESPONSABILITE La responsabilité du CTTC est celle d'un prestataire de services intellectuels assujetti à une obligation de moyens. La responsabilité du CTTC ne peut être recherchée pour des dommages résultant d'erreurs ou d'omissions ou d'imprécisions dans les documents remis par le client ou par des tiers à sa demande. La responsabilité du CTTC ne peut être recherchée que dans les limites de la mission qui lui a été confiée : les résultats se rapportant à des essais, études ou contrôles ponctuels ne peuvent être extrapolés à un ouvrage, un lot de fabrication, une application industrielle ou un matériel complexe sans un examen approfondi de la question (représentativité des échantillons, homogénéité des composants, conditions d'exploitation de l'ouvrage ou du matériel...) qui doit faire l'objet d'une demande spécifique du donneur d'ordres. Le CTTC n'encourt aucune responsabilité pour tout manquement dû à un cas de force majeure. L'exécution de la prestation est retardée jusqu'à la cessation du cas de force majeure. En tout état de cause, le CTTC ne saurait être tenu responsable de quelconques dommages subis par le donneur d'ordres ou par un tiers auquel le client aurait transmis les résultats issus des prestations, lors de l'application ou de l'utilisation de ces résultats, sauf à établir une faute lourde de sa part. VIII. PREVENTION DES RISQUES Lorsque le matériel ou les échantillons fournis par le donneur d'ordres présentent des risques potentiels de toutes natures pour les biens ou les personnes, le donneur d'ordres devra obligatoirement en informer le CTTC lors de sa demande de prestations. Cette information ne saurait pour autant décharger le donneur d'ordres de sa responsabilité en cas de sinistre intervenu malgré les précautions prises par le CTTC ou ses partenaires au regard des risques déclarés. Le CTTC peut : – Refuser la réalisation d'une prestation lorsque l'objet de celle-ci lui paraît contraire aux règles déontologiques du CTTC (confidentialité, qualité, sécurité, environnement), – Autoriser à titre exceptionnel et sur demande expresse du donneur d'ordre, l'exécution d'un essai en présence de personnes étrangères au CTTC. Ces personnes désignées par le donneur d'ordre ne doivent pas intervenir dans l'exécution de l'essai et sont tenues de se conformer aux règles de sécurité et de secret professionnel du CTTC. I X . S O U S - T R A I TA N C E Le CTTC ne fournit de délais de réalisation de prestations qu'à titre indicatif. Ceux ci s'entendent à partir de la date de l'acceptation de la commande, et à partir de la réception des échantillons nécessaires à la réalisation de la prestation. Aucune pénalité pour retard ne pourra être appliquée au CTTC, sauf stipulation contraire dûment acceptée. X. CONDITIONS FINANCIERES I V. C O M M U N I C AT I O N E T U T I L I S AT I O N D E S R E S U LTAT S D E S P R E S TAT I O N S Les résultats des prestations du CTTC sont consignés dans des compte-rendus ou rapports qui sont établis en 2 exemplaires, dont un est destiné au donneur d'ordre. Tout exemplaire supplémentaire fait l'objet d'une facturation. Ces documents sont transmis au donneur d'ordre (ou à toute autre personne expressément désignée à la commande) à l'exclusion de tout autre tiers, sauf accord préalable écrit du donneur d'ordre. Aucun résultat ne peut être donné même oralement en l'absence d'une commande en bonne et due forme. Aucune modification ou altération ne pourra être portée à ces document après leur communication sans accord écrit du CTTC, le double en sa possession faisant foi. La reproduction d'un document produit par le CTTC n'est autorisée que sous sa forme intégrale et conforme à l'original. Toute autre forme de référence aux prestations du CTTC doit faire l'objet d'un accord préalable du CTTC. Toute utilisation des résultats communiqués par le CTTC ou toute référence abusive à ses travaux, pourra donner lieu à poursuites, conformément aux dispositions légales et réglementaires en vigueur. Sauf convention contraire expresse, le CTTC est autorisée, sous sa responsabilité à recourir au service de tiers pour exécuter la commande du donneur d'ordre. Lorsque les exigences particulières du donneur d'ordres imposent le choix d'un sous traitant, la responsabilité du CTTC ne saurait toutefois être engagée pour toute défaillance directement ou indirectement liée à la prestation dudit sous-traitant. Tous nos prix sont établis hors taxes ; ils sont majorés des taxes en vigueur à la date d’émission de la facture, à la charge du donneur d'ordres. La T.V.A. est acquittée sur les encaissements. Sauf stipulation contraire dûment précisée et justifiée à la commande, nos prestations sont facturées au donneur d'ordres. Toute modification dans l'objet ou l'étendue de la prestation ou dans les conditions d'exécution de celle-ci fait l'objet d'une facturation complémentaire. Les coûts de fourniture et de consommation d'énergie mentionnés sur les devis ne sont donnés qu'à titre indicatif et sont susceptibles de révision. Le CTTC peut subordonner l'exécution d'une prestation ou la délivrance d'un document au paiement du prix total ou d'une provision dont elle fixe le montant. Nos prestations sont payables à 30 jours fin de mois, date de facture, par virement. Tout montant non acquitté à sa date d'échéance portera de plein droit des intérêts de retard conformément aux dispositions de la loi du 31 décembre 1992 relative aux délais de paiement, soit 1,5 fois le taux de l'intérêt légal en vigueur. Le donneur d'ordre s'interdit d'exercer un droit de rétention quelconque sur le montant du prix dû aux échéances prévues. X I . AT T R I B U T I O N D E J U R I D I C T I O N En cas de contestation, le litige, de quelque nature qu'il soit, sera porté devant les tribunaux de Limoges. 52 53 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CONDITIONS GÉNÉRALES DE VENTE V. C O N F I D E N T I A L I T E I. COMMANDE Toute commande devra être passée au CTTC par écrit (courrier, télécopie, courrier électronique). Une commande ne devient définitive qu'après son acceptation par le CTTC (cette acceptation est signifiée au donneur d'ordre par un Accusé de Réception de Commande). Cette commande devra comporter au minimum les éléments suivants : la raison sociale du donneur d'ordre, un numéro de commande, la date, la désignation des prestations, la désignation des échantillons s'il y en a, l'identité et la qualité du signataire, le destinataire des résultats, les conditions particulières définies d'un commun accord et la signature du donneur d'ordre. II. ECHANTILLONS Le donneur d'ordre doit mettre gratuitement à la disposition du CTTC les échantillons, nécessaires à la prestation, ainsi que les fiches de sécurité dans le cas de composés chimiques sensibles. Les frais de port sont toujours à la charge du donneur d'ordre, notamment lorsque celui-ci mentionne leur renvoi après essais. Il est souhaitable de bien soigner l’emballage des échantillons afin d’éviter leur détérioration pendant le transport, d’identifier chaque échantillon et de joindre, dans le colis, une note rappelant la désignation des échantillons ainsi que les essais et/ou analyses demandées. Si le CTTC doit se charger de leur achat, les frais correspondant sont répercutés au donneur d'ordre majorés de 7% pour les frais de gestion. Le CTTC ne saurait en aucun cas être tenu pour responsable de la détérioration des échantillons, produits ou matériels, du fait de leur transport ou si cette détérioration est la conséquence des prestations. En terme de représentativité, la validité des résultats ne saurait être rapprochée que des quantités d'échantillons (volume ou pièces) reçues au CTTC. La durée de conservation des échantillons pour une analyse ultérieure devra faire l'objet d'un accord entre le CTTC et le donneur d'ordre. A défaut, les échantillons seront conservés pendant 1 mois après l’envoi des résultats. Les éprouvettes d'essai ou échantillons non testés ne sont pas restitués. Les échantillons sont réceptionnés du lundi au vendredi de 8H30 à 12H30 et de 13H30 à 17H, hors périodes de fermeture et jours fériés. III. CONDITIONS DE REALISATION DES PRESTATIONS ET DELAIS D'EXECUTION Le CTTC s'interdit de communiquer à des tiers, sans accord préalable du donneur d'ordre, tout renseignement concernant les prestations qui lui sont demandées. Le personnel du CTTC est contractuellement tenu au secret professionnel. VI. RESERVE DE PROPRIETE Les obligations contractuelles sont remplies dès lors que les résultats ont été communiqués au donneur d'ordre et que celui-ci a versé intégralement le prix des prestations. VII. RESPONSABILITE La responsabilité du CTTC est celle d'un prestataire de services intellectuels assujetti à une obligation de moyens. La responsabilité du CTTC ne peut être recherchée pour des dommages résultant d'erreurs ou d'omissions ou d'imprécisions dans les documents remis par le client ou par des tiers à sa demande. La responsabilité du CTTC ne peut être recherchée que dans les limites de la mission qui lui a été confiée : les résultats se rapportant à des essais, études ou contrôles ponctuels ne peuvent être extrapolés à un ouvrage, un lot de fabrication, une application industrielle ou un matériel complexe sans un examen approfondi de la question (représentativité des échantillons, homogénéité des composants, conditions d'exploitation de l'ouvrage ou du matériel...) qui doit faire l'objet d'une demande spécifique du donneur d'ordres. Le CTTC n'encourt aucune responsabilité pour tout manquement dû à un cas de force majeure. L'exécution de la prestation est retardée jusqu'à la cessation du cas de force majeure. En tout état de cause, le CTTC ne saurait être tenu responsable de quelconques dommages subis par le donneur d'ordres ou par un tiers auquel le client aurait transmis les résultats issus des prestations, lors de l'application ou de l'utilisation de ces résultats, sauf à établir une faute lourde de sa part. VIII. PREVENTION DES RISQUES Lorsque le matériel ou les échantillons fournis par le donneur d'ordres présentent des risques potentiels de toutes natures pour les biens ou les personnes, le donneur d'ordres devra obligatoirement en informer le CTTC lors de sa demande de prestations. Cette information ne saurait pour autant décharger le donneur d'ordres de sa responsabilité en cas de sinistre intervenu malgré les précautions prises par le CTTC ou ses partenaires au regard des risques déclarés. Le CTTC peut : – Refuser la réalisation d'une prestation lorsque l'objet de celle-ci lui paraît contraire aux règles déontologiques du CTTC (confidentialité, qualité, sécurité, environnement), – Autoriser à titre exceptionnel et sur demande expresse du donneur d'ordre, l'exécution d'un essai en présence de personnes étrangères au CTTC. Ces personnes désignées par le donneur d'ordre ne doivent pas intervenir dans l'exécution de l'essai et sont tenues de se conformer aux règles de sécurité et de secret professionnel du CTTC. I X . S O U S - T R A I TA N C E Le CTTC ne fournit de délais de réalisation de prestations qu'à titre indicatif. Ceux ci s'entendent à partir de la date de l'acceptation de la commande, et à partir de la réception des échantillons nécessaires à la réalisation de la prestation. Aucune pénalité pour retard ne pourra être appliquée au CTTC, sauf stipulation contraire dûment acceptée. X. CONDITIONS FINANCIERES I V. C O M M U N I C AT I O N E T U T I L I S AT I O N D E S R E S U LTAT S D E S P R E S TAT I O N S Les résultats des prestations du CTTC sont consignés dans des compte-rendus ou rapports qui sont établis en 2 exemplaires, dont un est destiné au donneur d'ordre. Tout exemplaire supplémentaire fait l'objet d'une facturation. Ces documents sont transmis au donneur d'ordre (ou à toute autre personne expressément désignée à la commande) à l'exclusion de tout autre tiers, sauf accord préalable écrit du donneur d'ordre. Aucun résultat ne peut être donné même oralement en l'absence d'une commande en bonne et due forme. Aucune modification ou altération ne pourra être portée à ces document après leur communication sans accord écrit du CTTC, le double en sa possession faisant foi. La reproduction d'un document produit par le CTTC n'est autorisée que sous sa forme intégrale et conforme à l'original. Toute autre forme de référence aux prestations du CTTC doit faire l'objet d'un accord préalable du CTTC. Toute utilisation des résultats communiqués par le CTTC ou toute référence abusive à ses travaux, pourra donner lieu à poursuites, conformément aux dispositions légales et réglementaires en vigueur. Sauf convention contraire expresse, le CTTC est autorisée, sous sa responsabilité à recourir au service de tiers pour exécuter la commande du donneur d'ordre. Lorsque les exigences particulières du donneur d'ordres imposent le choix d'un sous traitant, la responsabilité du CTTC ne saurait toutefois être engagée pour toute défaillance directement ou indirectement liée à la prestation dudit sous-traitant. Tous nos prix sont établis hors taxes ; ils sont majorés des taxes en vigueur à la date d’émission de la facture, à la charge du donneur d'ordres. La T.V.A. est acquittée sur les encaissements. Sauf stipulation contraire dûment précisée et justifiée à la commande, nos prestations sont facturées au donneur d'ordres. Toute modification dans l'objet ou l'étendue de la prestation ou dans les conditions d'exécution de celle-ci fait l'objet d'une facturation complémentaire. Les coûts de fourniture et de consommation d'énergie mentionnés sur les devis ne sont donnés qu'à titre indicatif et sont susceptibles de révision. Le CTTC peut subordonner l'exécution d'une prestation ou la délivrance d'un document au paiement du prix total ou d'une provision dont elle fixe le montant. Nos prestations sont payables à 30 jours fin de mois, date de facture, par virement. Tout montant non acquitté à sa date d'échéance portera de plein droit des intérêts de retard conformément aux dispositions de la loi du 31 décembre 1992 relative aux délais de paiement, soit 1,5 fois le taux de l'intérêt légal en vigueur. Le donneur d'ordre s'interdit d'exercer un droit de rétention quelconque sur le montant du prix dû aux échéances prévues. X I . AT T R I B U T I O N D E J U R I D I C T I O N En cas de contestation, le litige, de quelque nature qu'il soit, sera porté devant les tribunaux de Limoges. 52 53 CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES CENTRE DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIES CERAMIQUES