Un substitut à la Stéatite : la Pyrophyllite
Creusets d’alumine et de zircone
Choc thermique dans les céramiques industrielles
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Un substitut à la Stéatite : la Pyrophyllite
La lave, scientifiquement connue comme pyrophyllite, est l'un des matériaux solides naturels les plus prometteurs dans l'univers des céramiques industrielles comme substitut de la stéatite. La pyrophyllite peut être utilisée par les clients ayant besoin de pièces en stéatite en très petit volume pour leurs stocks, prototypes et machines, quand il n'est économiquement pas viable d'investir dans un outillage coûteux pour produire les pièces stéatite en pressage.
Ce matériau est un substitut idéal, principalement dû à ses propriétés similaires à celles de la stéatite. Le fait que la pyrophyllite puisse supporter une température maximale de 1300°C comme réfractaire, signifie qu'elle est utilisable dans les fours. La lave est isolante électriquement jusqu'à 700°C. Tout comme la stéatite, elle commence aussi à montrer des fuites de courant électrique à des températures supérieures à 700°C au travers d'une diminution de l'isolement électrique.
Bien que la lave et la stéatite aient toutes deux des propriétés mécaniques, électriques et thermiques similaires, cela ne signifie pas que leurs réactions à la corrosion soient les mêmes. Ceci est dû aux différences de compositions chimiques des deux matériaux. Car tandis que la stéatite a 65% de SiO2 et 34% de MgO, la lave a 60% de SiO2 et 35% de Al2O3. Ces différences de composition peuvent entrainer deux réactions différentes à l'environnement chimiques où la pièce sera utilisée.
Nous offrons deux sortes différentes de pyrophyllite, la PYRO-13 et la PYRO-11. Des deux, la PYRO-13 est la plus similaire à la stéatite classique, donc ce matériau peut être facilement utilisé pour remplacer les pièces en stéatite, tels que les bagues, boulons, brides, écrous et isolants, dans les applications industrielles. Un autre point positif de la PYRO-13 et qu'elle peut travailler sous vide. En comparaison, la PYRO-11 est bien plus similaire à la stéatite poreuse. Cela signifie qu'elle peut être utilisée pour des applications semblables à celles de la PYRO-13, mais quand une résistance aux chocs thermiques plus importante est nécessaire. Cela est dû à une porosité supérieure de 3% pour la PYRO-11, qui fonctionne bien au contact de métaux non ferreux.
La conception des pièces en lave est limitée à une épaisseur maximum de 15mm, si elle est supérieure le matériau peut se fissurer pendant la cuisson. Dès lors, il peut être nécessaire d'alléger les zones les plus solides quand elles sont proches de 15mm d'épaisseur en perçant des trous borgnes ou débouchant de forme rondes ou oblongs.
Le laps de temps habituel pour une cotation en pyrophyllite varie entre 1 et 2 semaines et la production est comprise généralement entre 4 et 6 semaines, les pièces sont usinées aux cotes et cuites, prêtes pour une utilisation directe comme céramiques industrielles. De manière générale, le laps de temps de façonnage et de production de pièces en stéatite prend plusieurs semaines supplémentaires et demande des volumes de fabrication plus importants pour que cela soit économiquement viable.
Creusets d’alumine et de zircone
Le lien entre les métaux et les céramiques est ancien. Les archéologues ont trouvé des preuves, remontant à 6000 ans avant J.C., de l’utilisation des céramiques pour contenir le métal en fusion.
Tandis que les principes de base de la fusion sont restés identiques à travers les années, la technologie quant à elle a changé de manière significative. Les méthodes de fusion ont changé avec l’avènement de l’électricité, bien que, croyez-le ou non il existe toujours un petit nombre de fonderies effectuant une fusion à feu ouvert. Les céramiques utilisées sont également techniquement bien plus élaborées.
Les exigences de fusion étant plus rigoureuses, comme pour les composants d’un réacteur d’avion ou d’autres applications de haute technologie, les céramiques utilisées pour ces matériaux ainsi que les méthodes pour produire les céramiques n’ont cessé d’évoluer.
L’alumine et la zircone sont des matériaux de choix pour ces applications haut de gamme. Les creusets fabriqués dans ces matériaux peuvent être formés d’une multitude de façons donnant des caractéristiques de performance différentes. Les creusets haut de gamme en zircone sont souvent utilisés pour éviter la contamination. L’inconvénient avec cela, c’est que la plupart du temps le coût du creuset est plus élevé que nécessaire.
Comme toutes applications utilisant des céramiques, la sélection du matériau et de la méthode de production est cruciale si nous voulons la solution la plus rentable.
Choc thermique dans les céramiques industrielles
Il y a plusieurs raisons de casses dues au choc thermique dans les applications des céramiques industrielles. Après analyse, elles résultent d’un ou plusieurs des facteurs suivants.
- Sélection du matériau
- Élaboration du matériau
- Forme de la pièce
- Application / utilisation du produit
Il est souvent possible d’améliorer la performance en changeant un seul ou plusieurs d’entre eux mais avec les applications en céramiques, le choc thermique est seulement une partie de l’équation et les modifications doivent être examinées dans le contexte de toutes les exigences de performance.
Dès la conception d’un produit en céramique, il est nécessaire de prendre en compte toutes les spécifications dans leur globalité et de choisir, souvent, le meilleur compromis qui devrait donner satisfaction.
Dans les applications à haute température, le choc thermique est souvent la cause principale des casses. Il s’agit d’une combinaison de dilatation thermique, de conductivité thermique et de résistance mécanique. Les changements rapides de température à la fois à la montée et à la descente causent des écarts de températures internes, à la façon d’une fissure survenant en plaçant un cube de glace contre un verre chaud. Les dilations ou contractions différentielles génèrent des amorces de fissures et donc la casse.
Il n’y a pas de solution simple au problème du choc thermique, cependant ces recommandations devraient aider :
- Sélectionner un matériau possédant des caractéristiques inhérentes de résistance au choc thermique et qui corresponde aux besoins de l’application. Les carbures de silicium et les silicates sont excellents. Les produits à base d’alumine sont moins bons mais peuvent être améliorés par un bon design.
- Les produits poreux sont généralement meilleurs que les produits denses et accepteront des changements de température plus brutaux.
- Les pièces à paroi fine sont plus performantes que celles à paroi épaisse. Aussi évitez les grandes transitions d’épaisseur dans la pièce. Une conception de pièce en plusieurs sous-ensembles peut être bénéfique car cela fournit une pièce moins massive et offre un design permettant plus facilement la relaxation des contraintes thermomécaniques.
- Réduire l’utilisation des angles vifs car ils sont des points idéaux d’amorce de fissure.
- Eviter les contraintes de tension dans la céramique. Par le biais d’un design approprié, les contraintes de tension peuvent être transformées en contraintes de compression, toujours préférables pour la céramique.
- Quand cela est possible, essayer de réduite les changements brusques de température vus par la céramique et induits par l’application. Préchauffer la céramique par exemple.
Les conseils ci-dessus aideront à réduire les problèmes de choc thermique mais il est toujours plus judicieux de discuter de la situation avec un expert dans ce domaine.
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