La température de fusion des céramiques est plus élevée que celle de la plupart des métaux, principalement en raison des fortes liaisons ioniques et covalentes présentes dans les matériaux céramiques.
Ces liaisons nécessitent plus d'énergie pour être rompues.
Les céramiques sont généralement composées de composés ayant des points de fusion élevés, tels que les oxydes et les carbures.
Ces composés possèdent intrinsèquement ces liaisons fortes.
En outre, le processus de frittage, au cours duquel les céramiques sont chauffées à des températures élevées pour lier les particules entre elles, renforce encore leur stabilité thermique et leur résistance à la fusion.
Pourquoi la température de fusion de la céramique est-elle plus élevée que celle de la plupart des métaux ? 4 raisons principales expliquées
1. Liaison forte dans les céramiques
Les céramiques sont souvent composées d'éléments présentant de grandes différences d'électronégativité.
Cela conduit à des liaisons ioniques ou covalentes fortes.
Par exemple, des matériaux comme le carbure de silicium et l'oxyde d'aluminium ont respectivement des liaisons covalentes et ioniques.
Ces liaisons sont plus difficiles à rompre que les liaisons métalliques que l'on trouve dans les métaux.
Les liaisons métalliques, bien que conductrices et flexibles, sont moins résistantes aux températures élevées que les liaisons ioniques et covalentes.
2. Composition des céramiques
Les céramiques sont fabriquées à partir de composés ayant un point de fusion élevé.
La référence mentionne des matériaux tels que l'oxyde de hafnium, l'oxyde de thorium, le carbure de tantale et le carbure de hafnium.
Ces matériaux sont classés dans la catégorie des céramiques à ultra-haute température en raison de leur point de fusion supérieur à 3 000 °C.
Ces matériaux sont utilisés dans des environnements extrêmes, comme la couche de protection extérieure des avions à grande vitesse.
Dans ces environnements, les températures peuvent atteindre plus de 2000°C.
3. Processus de frittage
Le processus de frittage des céramiques consiste à les chauffer à des températures où les particules du matériau céramique se lient entre elles sans atteindre le point de fusion des composants individuels.
Ce processus densifie le matériau et augmente sa solidité et sa résistance thermique.
La référence traite du frittage métallo-céramique, où des poudres métalliques sont ajoutées à la matrice céramique pour améliorer des propriétés telles que la ténacité et la conductivité thermique.
Cela se fait sans réduire de manière significative le point de fusion.
4. Amélioration des propriétés
Pour améliorer encore les propriétés des céramiques, en particulier leur ténacité et leur résistance aux chocs thermiques, on utilise des additifs tels que des poudres métalliques ou des particules et des fibres durcies.
Ces additifs contribuent à la formation d'une matrice céramique composite capable de résister à des températures et à des contraintes mécaniques plus élevées.
En résumé, les températures de fusion élevées des céramiques résultent de leur composition chimique inhérente et des liens étroits qui existent entre les atomes qui les composent.
Les processus de fabrication, tels que le frittage et l'ajout de matériaux de renforcement, renforcent encore ces propriétés.
Les céramiques conviennent donc aux applications nécessitant une stabilité thermique élevée et une résistance aux contraintes mécaniques et chimiques.
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