Au cours du processus de frittage des poudres céramiques, plusieurs changements physiques se produisent. Voici les principales étapes du frittage :
1. Composition de la poudre : La première étape consiste à mélanger l'eau, le défloculant, le liant et la poudre céramique non cuite pour créer une boue. La composition de la poudre déterminera les caractéristiques finales de la pièce en céramique, telles que la résistance, la dureté et la conductivité thermique.
2. Compactage de la poudre : À ce stade, la boue est séchée par pulvérisation pour obtenir une forme de poudre. La poudre est ensuite placée dans un moule et pressée pour former un corps vert. Le compactage peut être effectué par pressage à froid ou à chaud, ce qui permet d'obtenir une pièce verte dense avec un faible retrait au séchage.
3. Frittage ou cuisson : Le corps vert est chauffé à basse température pour brûler le liant. Il est ensuite fritté à haute température. Le frittage consiste à chauffer les particules de céramique en dessous de leur point de fusion. Au fur et à mesure que la température augmente, plusieurs changements se produisent :
- Croissance des grains : Les poudres céramiques fines subissent une croissance des grains, c'est-à-dire que les particules individuelles augmentent en taille et commencent à se réorganiser.
- Réarrangement des particules : Les particules commencent à se réarranger sous l'effet des forces capillaires. Aux points de contact entre les particules, certaines d'entre elles peuvent se dissoudre dans une phase liquide et précipiter à nouveau dans les zones de col entre les particules.
- Réduction de la porosité : Les pores présents dans le corps vert diminuent ou se referment pendant le frittage, ce qui entraîne une densification de la pièce en céramique. La réduction de la porosité est déterminée par des facteurs tels que la porosité initiale du corps vert, la température de frittage et la durée.
- Densification et amélioration des propriétés mécaniques : Au fur et à mesure que les pores sont éliminés et que le compact céramique atteint sa pleine densité, les propriétés mécaniques de la pièce céramique s'améliorent. La densification entraîne une augmentation de la résistance, de la dureté et d'autres propriétés mécaniques.
- Rétrécissement : Les céramiques se rétractent généralement de 20 à 25 % pendant le frittage. Pour obtenir un retrait contrôlé et uniforme, il est important d'avoir une densité verte bonne et uniforme pendant la phase de formage.
- Frittage en phase liquide : Dans certains cas, une phase liquide peut être présente pendant le frittage. C'est ce qu'on appelle le frittage en phase liquide, utilisé pour les céramiques qui sont plus difficiles à densifier. De petits volumes d'additifs dans la composition forment un liquide à la température de frittage, ce qui facilite le réarrangement des particules et l'élimination des pores.
Globalement, le frittage est un processus crucial pour transformer une poudre compacte en un article céramique dense présentant les caractéristiques et les propriétés matérielles souhaitées. Il implique la réduction de l'énergie de surface, la fermeture des pores et la densification de la pièce en céramique.
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