Les céramiques industrielles sont omniprésentes dans l'industrie grâce à leurs propriétés telles que leur dureté, leur résistance, leur tenue aux hautes températures et leur résistance à la corrosion élevées. Nous présenterons ci-dessous, à travers trois exemples courants de céramiques industrielles, leurs avantages respectifs et leurs applications typiques.
1. Céramiques d'alumine (Al₂O₃) : La céramique structurale la plus utilisée.
L'alumine est un matériau céramique très répandu, souvent classé en différentes qualités (75 %, 85 %, 95 % et 99 % de pureté). Plus la pureté est élevée, meilleures sont la résistance à la température, les propriétés mécaniques et la stabilité chimique du matériau.
Les principales raisons de sa large utilisation sont les suivantes :
Ce matériau possède un point de fusion élevé (2050 °C) et résiste bien à l'érosion par les métaux en fusion tels que le béryllium, le strontium, le nickel, l'aluminium, le fer, le tantale et le manganèse. Il présente également une haute résistance à la traction et à l'érosion par la soude caustique, le verre et les scories. Il ne réagit pas avec le silicium, l'antimoine ni le bismuth sous atmosphère inerte. De ce fait, il peut être utilisé comme matériau réfractaire, tube de four, creuset pour le tréfilage du verre, sphère creuse, fibre, gaine de protection pour thermocouples, etc.
2. Céramiques de zircone (ZrO₂) : Une céramique spéciale présentant une ténacité et une résistance à la corrosion élevées.
Les céramiques de zircone sont blanches et prennent une teinte jaune ou grise lorsqu'elles contiennent des impuretés. Elles contiennent généralement des impuretés de HfO₂, dont les propriétés chimiques sont similaires à celles du ZrO₂ et qui sont difficiles à éliminer.
Le ZrO₂ est très stable en atmosphère oxydante et assez stable en atmosphère réductrice. L'oxyde de zirconium est faiblement acide et résiste à l'érosion par les scories acides ou neutres (mais est sensible à l'érosion par les scories alcalines). Il peut donc être utilisé comme matériau réfractaire spécial, pour la fabrication de buses de coulée et de creusets pour la fusion de métaux tels que le platine, le palladium et le rhodium. L'oxyde de zirconium étant non mouillant pour le fer ou l'acier en fusion, il peut servir de revêtement pour les poches de coulée et les goulottes d'écoulement de l'acier, ainsi que de briquettes pour buses en coulée continue d'acier.
3. Nitrure de bore (BN) : un matériau haute température connu sous le nom de graphite blanc
Le nitrure de bore présente trois formes polymorphes : hexagonale, hexagonale compacte et cubique. Le nitrure de bore hexagonal possède une structure lamellaire semblable à celle du graphite et se présente sous forme de poudre blanche. Ses propriétés sont très similaires à celles du graphite, d'où son appellation de « graphite blanc ». Il peut, comme le graphite, adhérer aux métaux, mais offre une résistance à la température et une stabilité supérieures.
Tirant parti de ses propriétés telles qu'un point de fusion élevé, un faible coefficient de dilatation thermique et une stabilité à presque tous les métaux en fusion, il peut être utilisé comme creuset pour la fusion des métaux à haute température.
