Céramique technique frittée

Céramique frittée


Présentation de céramique technique frittée

Notre large gamme de céramiques techniques frittées va vous permettre de faire une sélection du matériau le mieux adapté à votre application :

  • Alumine (Al2O3)
  • Zircone (ZrO2)
  • Magnésie (MgO)
  • Nitrure de bore (BN)
  • Nitrure de silicium (Si3N4)
  • Carbure de silicium (SiC)

Final Advanced Materials usine des pièces de précision en céramique. A partir d’ébauches obtenues par moulage ou extrusion, nous obtenons ces pièces de forme par usinage diamant pour les céramiques denses.

Nous assurons la définition et l’usinage des prototypes, ainsi que la production individuelle en petites et grandes séries. Nous concevons et usinons les composants céramiques adaptés aux applications spécifiques du client : Capteurs, technique médicale, appareillage et construction mécanique, technologie des microsystèmes, génie chimique et des procédés.

Nous ne travaillons que des céramiques de haute pureté, calibrés et qualifiés. Les pièces céramiques que nous transformons, reproduisent sans altération les caractéristiques physiques des ébauches avant usinage, sans aucune altération ou dépréciation mécanique.

Les propriétés intrinsèques des céramiques, dureté, résistance à l’abrasion, résistance à la compression, résistance aux hautes températures, aux chocs thermiques, rigidité diélectrique élevée, sont conservées et reproduites sur les pièces finies.

Les tableaux récapitulatifs de ce catalogue vous seront d’une grande aide pour définir au mieux votre sélection.

Toutefois n'hésitez pas à nous consulter pour plus d'informations, pour la conception et l'usinage de vos pièces.


Classification

Les céramiques frittées sont divisées en groupes en fonction de leurs compositions minérales ou chimiques. Nous pouvons référencer 3 groupes principaux :

  • Les silicates
  • Les non oxydes
  • Les oxydes


Les silicates 

Ils représentent la plus grande proposition de céramiques techniques. Les composants principaux de ces céramiques sont le kaolin, l’argile et le feldspath. L’ajout d’alumine ou de zircone permet d’en améliorer les propriétés. Durant le frittage, une large proportion (> 20%) de matière en phase verre se forme en plus de la phase cristalline. La température de frittage relativement faible et l’abondance des composants de base en font le groupe de céramiques techniques frittées le plus avantageux économiquement.

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Les non-oxydes

Ce groupe inclus les céramiques à base d’azote (nitrures) et de carbone (carbures). Les produits à base de graphite amorphe ne font pas partie de ce groupe. Ces matériaux contiennent une forte proportion de composés covalents. Il en résulte une très haute tenue en température et un module d’élasticité élevé.

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Les oxydes

Ils sont principalement composés d’une seule phase et d’un seul oxyde métallique (proportion > 90%). Ces matériaux n’ont pas ou très peu de phase verre. La matière de base est synthétique avec une très grande pureté.

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Mise en oeuvre

Une parfaite maîtrise du process complet de mise en œuvre permet de garantir la microstructure du matériau. 3 éléments sont primordiaux pour obtenir une pièce en céramique frittée avec des caractéristiques optimales :

  • La poudre
  • Le pressage
  • Le frittage

En fonction des critères de votre demande, nous adaptons les différentes étapes de mise en œuvre :

  • Pour les prototypes, nous allons presser 1 bloc à partir de nos outillages standards. Il n’y a pas de frais d’outillage, par contre il y a une phase d’usinage avant frittage assez longue mais peu couteuse (en fonction de la géométrie de votre pièce). Reprise d’usinage avec un outil diamant en fonction de la sévérité des tolérances demandées.
  • Pour les séries, nous allons réaliser un outillage permettant d’obtenir la pièce la plus proche possible de sa géométrie finale pour diminuer au maximum le coût matière et les frais d’usinage. Une reprise d’usinage avec un outil diamant est toujours nécessaire en cas de tolérances dimensionnelles trop contraignantes.

Pour la validation d’une matière (composition chimique, granulométrie, caractérisation thermique et mécanique, …) nous pouvons vous proposer la réalisation de pastilles échantillons.

Nous avons également la possibilité de réaliser des pièces en céramique frittée de couleur. Lors du pressage, on mélange à la poudre de céramique des oxydes de couleurs.

Par exemple:

  • Oxyde de zirconium ZrO2 noir pour l’horlogerie
  • Oxyde d’aluminium Al2O3 gris, rouge ou bleu pour la bijouterie

Pressage: Dans en premier temps il faut sélectionner une poudre calibrée, de haute qualité, avec un retrait contrôlé et constant. La poudre de céramique est compactée pour réaliser une pièce de forme suffisamment solide pour être manipulable : C’est la pièce verte.

Sous cette forme, la pièce est facilement et économiquement usinable avant le frittage. Lors du pressage, il est nécessaire d’éviter d’avoir de trop grosses différences d’épaisseur dans les pièces. Des déformations et de fortes contraintes internes pourraient en résulter.

Nous pouvons vous proposer deux types de pressages différents : isostatique ou uniaxial


Frittage:
 La pièce verte réalisée par pressage, en plus de la poudre de céramique et des additifs permanents, contient : de l’eau, des défloculants, des plastifiants, des liants et d’autres additifs. Tous ces produits volatiles à haute température sont éliminés de la pièce verte au début du frittage. Le coefficient de retrait défini par la qualité de poudre utilisée permet de calculer les dimensions de la pièce une fois frittée.

Usinage: La pièce verte s’usine avec un outillage conventionnel, la fragilité de la matière demande une attention toute particulière. Le coût d’usinage est assez faible.

Une fois frittée, la pièce ne peut s’usiner qu’avec un outillage diamant ou par ultra-sons. Cette opération est beaucoup plus longue, délicate et coûteuse.

Nos moyens d’usinage :

  • Rectification plane, cylindrique, tournage
  • Fraisage
  • Perçage
  • Usinage et perçage par ultra-sons
  • Polissage, plan et cylindrique
  • Taraudage, filetage, rodage

Nous usinons également :

  • Le quartz, rubis, verre, vitrocéramique, les céramiques poreuses de filtration
  • Composites, résines chargées verre, silice, carbone.
  • Isolants usinables, silicate de calcium, mica, silico-alumineux

Assemblage

Brasure: Les pièces céramiques sont métallisées, cette métallisation permet des brasures jusqu’à des températures de 1200°C en atmosphère ou sous vide. Des alliages de brasure appropriés aux matériaux à assembler garantissent une résistance mécanique suffisante aux montages céramique - métal. Le principal handicap de ce type d’assemblage qui est un différentiel de dilatation important entre les différents supports, se trouve en partie contrôlé par des principes de construction qui en autorisent la prise en compte, ou, qui permettent d’en diminuer les effets. Toute application est unique et spécifique, avec vous, nous étudierons le montage adapté.

Collage: Le collage sur des pièces céramique métal suppose de connaître précisément la température maximale à supporter, d’évaluer les contraintes chimiques de l’environnement, les efforts mécaniques et les capacités électriques attendues de cet assemblage. L’un des facteurs les plus importants est le coefficient de dilatation thermique des éléments en contact. Dans le cas précis ou un collage entre deux supports de nature différente (donc de dilatabilités distinctes) doit être réalisé, il est nécessaire d’essayer d’approcher ces paramètres avec la colle utilisée, afin de mieux résister aux efforts induits de contraction ou d’élongation. Quel que soit votre problème de collage céramique, n’hésitez pas à nous consulter.

Assemblage mécanique : 

Nous possédons une longue expérience de ce type de montage, nous nous sommes à même de vous proposer différentes techniques :

  • Vissage
  • Sertissage

Conception des pièces céramiques

L’usinage de matériaux classiques comme les métaux et les polymères est complètement intégré, les différentes caractéristiques et contraintes sont connues. L’usinage de céramiques est moins connu et plus spécifique. On ne peut pas concevoir une pièce céramique comme une pièce métallique. Le design de la pièce doit être adapté aux spécificités des matériaux céramiques. Les matériaux ductiles compensent les charges locales sur de faibles surfaces par une déformation élastique (et plastique dans certains cas), ce phénomène ne s’applique pas pour les matériaux durs.

Opter pour des formes simples et compatibles avec les techniques de mise en oeuvre :

  • Adapter le design au process de pressage de la pièce verte
  • Diviser les formes complexes en plusieurs pièces
  • Eviter les faibles tolérances dimensionnelles et géométriques pas nécessaires

Eviter la concentration d'effort :

  • Appliquer les forces sur de grandes surfaces
  • Eviter les angles vifs et les entailles

Minimiser les efforts de traction :

  • Transformer les efforts de traction en compression
  • Pré contraindre les pièces en compression

Eviter les pièces trop massives :

  • Conserver des épaisseurs de paroi uniforme
  • Eviter les changements de section trop brusques

Minimiser les finitions post frittage :

  • Préférer l’usinage de la pièce verte à celui de la pièce frittée
  • Limiter les surfaces d’usinage
  • N’imposer que les tolérances strictement nécessaires

Tenir compte des détails de conception spécifiques :

  • Faciliter l’éjection du moule
  • Eviter les parois trop fines
  • Tenir compte de chaque étape (pressage, extrusion, frittage, émaillage, …)

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Tableaux de caractéristiques 

MATERIAUX

Alumine

Zircone

Carbure de silicium

Nitrure de Bore

Nitrure d'aluminium

Nitrure de silicium

Titanate d'aluminium

Références

055-0010

055-0020

055-0021

103-0010

200-0090

055-0030

103-0020

036-0010

Composition

Al2O3 99,7%

ZrO2-Y2O3

ZrO2-MgO

SSiC

BN HD2

AlN

Si3N4

Al2TiO5

Classification DIN ISO

C779

C800

C800

 -

 -

C910

C935

 -

Tableau des caractéristiques

Densité (g/cm3)

3,9

6

5,6

> 3,1

2,06

3,3

3,18 à 3,40

3,35

Porosité ouverte (%)

0

0

0

0

0

0

0

12,5

Couleur

Ivoire

Blanc

Jaune

Noir

blanc

Gris

Gris

Ivoire

Caractéristiques mécaniques 20 °C

Dureté vickers HV10 (N/mm²)

> 17 000

>12000

>10000

> 25000

 -

> 10 500

15 200

< 2000

Résistance à la compression (MPa)

2 500

> 1800

> 1800

> 2 500

> 2000

3 000

 -

Résistance à la flexion (MPa)

> 370

> 600

> 600

> 400

25.5 ǁ

47.9 ^

> 350

769

25

Module d'élasticité (Gpa)

> 380

> 200

> 200

400

35 ǁ

50 ^

> 320

290

17

Tenacité (MPa.m1/2)

4

7

8

3,5

 

> 3

7,5

 -

Module de Weibull

15

20

16

10

 

 -

25

 -

Caractéristiques thermiques

Temp. maxi d'emploi (°C)

1700

1000

1000

1900 (1600 sous air)

1600 (850 sous air)

1000

1400

 1500

Chaleur spécifique 20°C (J/kg.K)

900

400

400

670

 -

 -

700

 -

Conductivité thermique 100°C (W/mK)

30

2,5

3

125

92.7 ǁ

57.2 ^

180

25

1,4

Coef dilatation 20 à 1000°C (10-6 /K-1)

8,5

11

11

4,5

7.54 ǁ

2.12 ^

4,6

3,2

< 1

Caractéristiques électriques

Résistivité spécifique 20°C (Ω.m)

10 12

> 10 7

> 10 7

10-3 à 106

>10 13

> 10 10

10 12

50.10 6

Résistivité spécifique 600°C (Ω.m)

10 6

> 10 3

> 10 3

 -

 

 -

 -

 -

Capacité diélectrique (kV/mm)

17

 -

 -

 -

> 50

15

 -

 -

Valeurs indicatives qui n’engagent pas la société FINAL. Les valeurs sont déterminées par rapport à des tests sur des échantillons, les caractéristiques de la matière peuvent varier en fonction du design de la pièce et du process de fabrication

Céramique technique frittée (603.34k)

Fiche technique de la céramique frittée