Technologie/Matériaux/Céramiques/Céramiques techniques usinables

Les céramiques ont la réputation d'être des matériaux durs et cassants très difficiles à mettre en forme par usinage. Cependant, dans certaines conditions, ces matériaux peuvent être usinés facilement avec les moyens dont dispose tout atelier de mécanique générale : sciage, perçage, tournage, fraisage, taraudage, etc.

Céramiques

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Il existe de nombreuses nuances de céramiques techniques usinables, destinées à des applications très diverses.

Silicate d'alumine hydratée

Les produits de ce type contiennent environ 96 % d'alumine et de silice. Ils s'utilisent jusqu'à 650 °C sous forme brute et jusqu'à 1.150 °C après cuisson. Ils permettent de réaliser des prototypes ou des pièces en petites séries sans passer par des méthodes de production de masse comme le moulage, qui nécessiterait des outillages coûteux.

L'usinage est facile avec des outils conventionnels, si possible en carbure. Ces outils doivent être parfaitement affûtés, sinon ils produisent des éclats et les pièces sont ébréchées. Il ne faut utiliser aucun liquide de coupe ou de refroidissement. Par ailleurs, il ne faut pas oublier que les céramiques réduites en poudre sont des abrasifs. les machines doivent être soigneusement nettoyées après l'usinage, et si possible par aspiration. Les soufflettes sont à proscrire par suite de danger de pénétration des poussière dans les guidages et sous les joints d'étanchéité.

Ces produits manifestent une très grande inertie chimique, ils ne dégazent pas et peuvent être utilisés dans le vide.

Pour résister aux températures les plus élevées, les pièces doivent être cuites. On les porte à 1.100 °C, température à laquelle se produit le frittage. La vitesse de montée en température doit être suffisamment lente pour prévenir les risques de fissuration, de même que le refroidissement, et en outre les pièces ne doivent pas être trop épaisses. Le frittage n'est complet que si le maintien à la température maximale est suffisamment long.

Vitrocéramiques

Différentes compositions sont possibles, à base de céramiques, de verres et de mica. Ces matériaux sont inertes chimiquement, dotés de bonnes propriétés isolantes qui permettent d'en faire des isolateurs. Elles sont en outre étanches au vide et tiennent en température jusqu'aux environ de 1.000 °C.

L'usinage nécessite des outils au carbure de tungstène et des abrasifs à base de carbure de silicium ou de diamant. Il est recommandé de lubrifier avec de l'eau, qui assure en même temps le refroidissement et évite l'éclatement des pièces.

Céramiques d'alumine quasi pure

Ces céramiques résistent aux métaux fondus, aux acides, aux solvants et aux chocs thermiques.

Elles s'usinent avec des outils carbure ou des meules au carbure de silicium ou au diamant. La lubrification à l'eau est conseillée.

Certaines de ces céramiques sont particulièrement dures et ne peuvent être usinées qu'avec des outils spéciaux.

Céramiques à base de nitrure de bore

Elles se caractérisent par une grande résistance à la chaleur, une conductivité thermique élevée, de faibles pertes diélectriques et une résistivité élevée. Ces céramiques ne sont généralement pas mouillées par les métaux ou le verre en fusion et résistent très bien à la corrosion.

L'usinage se fait avec des outils traditionnels au carbure de tungstène et des abrasifs à base de carbure de silicium ou diamantés. Le lubrification doit se faire à l'eau ou au kérosène pour le taraudage.

Graphite usinable

Il n'absorbe pas d'humidité, résiste sans se déformer et sans éclater aux chocs thermiques et supporte 1.650 °C en continu.

On utilise cette céramique dans l'industrie du verre ou pour la réalisation de creusets pour la fonte de métaux précieux.

Céramiques poreuses à base de silice

Ces matériaux supportent des températures pouvant atteindre 1.650 °C et résistent remarquablement aux chocs thermiques. Ce sont de mauvais ou très mauvais conducteurs de la chaleur qui résistent très bien aux produits corrosifs non basiques.

On peut les usiner très facilement et certains produits sont capables de former des mousses que l'on peut mettre en forme par moulage.

Les céramiques poreuses doivent être revêtues d'un enduit lorsque l'étanchéité est nécessaire. On les utilise comme isolants électriques à haute température, écrans thermiques, confection d'éléments réfractaires, filtres et réacteurs chimiques, creusets, etc.

Fabricants

• FiNAL : http://www.final.fr
• cerhec (CERamic and Heating Elements Company) : http://www.cerhec.com (France) USINIT