Céramique technique usinable

Céramique usinable


Final Advanced Materials propose toute une gamme de céramiques techniques usinables haute température pour vous fournir le produit adapté à votre application et ses contraintes.


Présentation de céramique technique usinable

Les céramiques frittées sont en usage dans toutes les technologies et reconnues pour leur résistance à la chaleur, à l’abrasion, à l’agression chimique, et leur tenue mécanique. Toutefois, l’usinage de ces céramiques suppose un équipement et un savoir-faire particulier : une fois frittée, la pièce ne peut s’usiner qu’avec un outillage diamant ou par ultra-sons. Cette opération est longue, délicate et coûteuse.

A contrario, les céramiques techniques usinables s’usinent facilement à l’aide de machines-outils conventionnelles. Ces céramiques peuvent être sciées, percées, fraisées, tournées avec des outils classiques, disponibles dans tous les ateliers de mécanique générale. Elles ont été élaborées afin de se substituer aux céramiques frittées tout en conservant des propriétés similaires.

Les céramiques techniques usinables CTU autorisent la réalisation de petites séries de pièces, aussi bien que des prototypes de validation. Une seule céramique ne peut répondre à toutes les exigences et à toutes les sollicitations, c’est pourquoi nous avons au fil des ans, élaborée une gamme complète de matériaux céramiques facilement usinables, capables de répondre à un maximum de contraintes. Les tableaux présentés ci-après vous aideront à faire le choix le plus juste en fonction de votre application.


Nous disposons de moyens d’usinage et une qualité certifiée ISO 9001 :

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

Nous usinons également : 

  • Le quartz, rubis, verre, vitrocéramique, les céramiques poreuses de filtration
  • Les composites, résines chargées verre, silice, carbone
  • Les isolants usinables, silicate de calcium, mica, silico-alumineux


Présentation de silicate d'alumine

Le silicate d’alumine est utilisable à 650°C sans traitement thermique, mais un recuit à maximum 1250°C peut assurer une tenue jusqu’à 1300°C. Il est utilisable pour fabriquer des prototypes, pour le brasage, les fixations de pièces à souder, des isolateurs, des supports, des composants électriques…

Cette céramique vous permet d’élaborer vos pièces par découpe, sciage, perçage, fraisage avec des machines conventionnelles, à partir de plaques, barres cylindriques ou disques. Elle se présente sous forme compacte et possède des caractéristiques électriques et mécaniques attrayantes. Il permet l’usinage de composants de haute précision ; vous évitez ainsi l’utilisation de pièces préfabriquées ou de moules onéreux, c’est la solution idéale pour la fabrication de prototypes ou de petites séries. Les métaux en fusion, tel le zinc, ne mouille pas cette céramique, elle est inerte en atmosphères oxydantes et réductrices et offre une résistance remarquable aux chocs thermiques. Elle ne dégaze pas et peut s’utiliser sous vide.


Composition

  • SiO2 : 60%               
  • Al2O3 : 35%             
  • TiO2 : 2%
  • K2O : 1%
  • Fe2O3 0.8%
  • Na2O : <0.2%
  • P2O5 : 0.15% - perte au feu 0.08%
  • MgO : <0.08%
  • CaO 0,03%


Applications de silicate d'alumine

  • Fabrication de prototypes
  • Fabrication de pièces brasées
  • Fixation de pièces à souder
  • Composants électriques
  • Support
  • Pièce d’usure

Instructions de mise en oeuvre de la céramique : 

A l’état brut, le silicate d’alumine s’usine comme bois ou laiton, à la scie à ruban, et pour toute opération traditionnelle : fraisage, tournage, filetage, alésage, décolletage, rainurage, polissage. Il est souhaitable d’utiliser des outils en métal très dur, sans refroidissement, et de nettoyer soigneusement les poussières de céramique. Sous forme cuite, noter que les pièces ne doivent pas dépasser 12mm d’épaisseur si l’on veut éviter toute fissure; pour des épaisseurs supérieures on percera des trous de délestage. Pendant la cuisson, la céramique se dilate, de 1,9% à 980°C à 2% à 1040°C. Au-delà les variations sont négligeables et la précision peut atteindre ± 0,05 mm. On peut finir en rectifiant par adoucissage. Pour coller cette céramique on préférera la colle céramique Cotronics 919 de notre catalogue.


Cuisson 

Pour résister à plus de 650°C, les pièces doivent êre préparées par frittage au four. L'opératon commencera à four froid et les paliers d'échauffement ne dépasseront pas 260°C par heure. Tenir compte de la dilatation pour l'obtention des cotes finales (2% environ). Ces paliers devront descendre à 150°C par heure si les pièces ont une épaisseur de plus de 12 mm. La température maximale n’excédera pas 1010°C à 1100°C, et sera maintenue, de 30 minutes pour une épaisseur de 6 mm à 45 minutes pour une épaisseur de 20 mm (calculez la bonne valeur par extrapolation). On refroidira ensuite progressivement jusqu’à la sortie de la pièce qui interviendra vers 90°C.


Instructions spéciales :

  • Couper, forer, tourner, aléser, fileter, ajourer, dresser, percer sont possibles avec des outils conventionnels. Vitesses des outils et des matériaux sont analogues à celles utilisées pour l’usinage des métaux. Utilisez si possible des outils au carbure, et soigneusement affûtés.
  • Prévoir l’expansion de 1,8 à 2% pendant le chauffage : une dimension usinée de 9,8 mm deviendra une dimension finale de 10 mm. Les diamètres subissent aussi cette dilatation.
  • Ne JAMAIS utiliser ni lubrifiants, ni liquides de refroidissement.
  • Nettoyer très soigneusement les machines après le travail : le silicate d’alumine est abrasif sous forme de poudre.
  • La céramique une fois cuite peut être réusinée à l’eau pour une très grande précision, lorsque l’application le nécessite, à l’aide de meules en carbure de silicium.

En cas d'échec : Penser à vérifier les causes les plus fréquemment observées : la température de cuisson est-elle mal ajustée ? Y a-t-il une erreur de calcul de la dilatation ? Le modèle créé présente-t-il des angles vifs et des transitions «dures» ?


Présentation de Macor

Le Macor® est un matériau technique exceptionnel qui peut être travaillé sur des machines-outils traditionnelles. Le Macor® est également un matériau qui permet d’apporter des solutions à des problèmes spécifiques en combinant la performance d’une céramique technique avec la polyvalence d’une matière plastique à haute performance.

Le Macor® peut être utilisé à haute température (800°C en continu - 1000°C en pointe). Possédant une faible conductivité thermique, c’est un bon isolant pour les hautes températures ainsi qu’un excellent isolateur électrique. Le Macor® n’a aucune porosité et lorsqu’il est cuit correctement, ne présente pas de dégazage. Il est résistant, rigide et à la différence des plastiques de haute température, ne présente pas de fluage et ne se déforme pas. Le Macor® est également résistant au rayonnement. Le Macor® est d’un blanc pur et peut être poli avec un brillant intense. Il peut être métallisé, soudé et collé à l’époxy en film épais ou mince. Un autre avantage principal de ce matériau unique est que, même en petite quantité, il peut être fabriqué de façon économique.


Composition

  • SiO2 : 46%
  • MgO :17%
  • Al2O3 : 16%
  • K2O : 10%
  • B2O3 : 7%
  • F : 4%


Applications de Macor

  • Milieux ultravides : Isolant, support de bobine, traversées sous vide, ...
  • Applications sous vide constant : Entretoises, en-têtes et ouvertures de dispositifs de tubes pour hyperfréquences, porte-échantillons dans les microscopes ioniques à émission de champ, ...
  • Aérospatiale : Anneaux de retenue, joints mécaniques sur les sondes orbitales, ...
  • Nucléaire : Référence dimensionnelle (Les dimensions du Macor® sont insensibles aux irradiations), ...
  • Soudage : Buse de chalumeau d’oxycoupage à la flamme (Le Macor® n’est pas mouillé), ...
  • Accessoires : Bloc de brûleur et support d’électrode dans les opérations de coupe électriques HT°
  • Appareils médicaux : Composants médicaux pour le caractère inerte du Macor®, ...

Principales caractéristiques

  • Diffusivité : 7,3 x 10-7 m2/s (25°C)
  • Coefficient de poisson : 0,29
  • Module de cisaillement : 25,5 GPa (25°C)
  • Dureté Knoop : 250 (100g)

Usinage

Les tolérances d’usinage sont remarquablement serrés, jusqu’à 0.013 mm. La vitrocéramique MACOR® peut être usinée jusqu’à obtenir un état de surface inférieur à 0.5 μm et un poli de 0.013μm.


Produits disponibles

Plaques (jusqu’à 300x300x55mm) et barres (jusqu’à Ø55x300mm pour les sections rondes et 60x60x300mm pour les sections carrées). Nous usinons également vos pièces suivant plan.


Alternative au Macor

Pour des dimensions plus importantes, nous proposons également un produit complémentaire au Macor®, la Vitro 800. Cette vitrocéramique a des caractéristiques équivalentes au Macor® en étant économiquement plus intéressante. Les barres sont disponibles dans des dimensions jusqu’à 250mm de diamètre et les plaques jusqu’à 200 x 200 x 50 mm ou 300 x 110 x 60 mm. D’autres dimensions sont disponibles sur demande.


Présentation d'alumine usinable (96%)

Ce matériau est prêt à l’emploi et ne nécessite pas de traitement thermique. Toutefois le durcisseur 960 (Cotronics) peut être utilisé pour améliorer encore sa résistance en surface : il est alors cuit à 320°C. Cette céramique tient jusqu’à 1650°C et résiste aux métaux fondus, aux acides, aux solvants, aux chocs thermiques. Elle s’utilise en l’état dans les industries électriques, électroniques, la métallurgie et les techniques haute température sous vide.


Applications d'alumine usinable (96%)

  • Prototypes, brasage
  • Fixations pour la soudure, le vide, le chauffage HF
  • Supports divers
  • Composants électriques, isolateurs…

Usinage


Elle s’usine avec une haute précision avec des outils traditionnels.

  • Lubrifier l’outil utilisé à l’eau : celle-ci assure en même temps le refroidissement et elle évite l’écaillage.
  • Découper à l’aide de meules abrasives au carbure de silicium aggloméré ou au diamant, à des vitesses de 1800 à 2600 tr/min. Une scie à ruban en acier rapide, 23 m/mn, 14 dents non lubrifiées pour les contours.
  • Percer avec des forets au carbure de tungstène, à 2000 tr/min en deçà de 6 mm de diamètre, à 1000 tr/mn au-delà, et ne dépassez jamais 12 mm (un demi-pouce).
  • Fileter avec un outil au carbure de tungstène ou une rectifieuse ayant une meule au diamant.
  • Tarauder à l’acier rapide ou au carbure de tungstène. Préparez avec un avant trou de 70% du diamètre final.
  • Tourner avec un outil en acier au carbure de tungstène ou une rectifieuse équipée en carbure de silicium.

Produits disponibles

Plaques et barres en alumine usinable. Nous usinons vos pièces suivant plan.


Présentation du nitrure de bore

Le nitrure de bore est obtenu par frittage à chaud et sous pression de poudre. Sa structure cristalline est hexagonale. Du fait de la méthode de densification utilisée, les propriétés physiques du matériau sont différentes selon les axes perpendiculaire et parallèle à la direction de frittage. Le nitrure de bore est non toxique.


3 standards de nitrure de bore usinables :

Final®BN - Nitrure de bore avec liant

Final®BN HP - Nitrure de bore haute pureté sans liant

Final®BN HD2 - Nitrure de bore mécaniquement plus résistant


Applications du nitrure de bore

  • Isolant électrique à très hautes températures
  • Creuset pour la fonderie
  • Gaine de thermocouple - Support de résistance
  • Lubrifiant à haute température

Principales caractéristiques 

  • Haute conductivité thermique
  • Faible dilatation thermique
  • Excellente résistance aux chocs thermiques
  • Haute résistance diélectrique
  • Faible constante diélectrique
  • Inerte chimiquement
  • Transparent aux micro-ondes
  • Facilement usinable

Produits disponibles

Plaques et barres. Nous usinons vos pièces suivant plan. Pour plus de détails sur ces produits, merci de vous reporter à la documentation technique du nitrure de bore.


Présentation de nitrure d'aluminium - Shapal Hi M-soft

Le nitrure d’aluminium usinable (symbole chimique : AlN) est un semi-conducteur à large bande interdite (6,2 eV). C’est un matériau réfractaire et isolant électrique possédant une très grande conductivité thermique (supérieure à celle du cuivre à 200°C) et présentant une grande résistance à l’oxydation et l’abrasion. Il a des applications potentielles comme substrat et en électronique de puissance pour la fabrication de transistors hyperfréquence de puissance. Le nitrure d’aluminium est synthétisé par réduction thermique d’alumine ou nitruration d’aluminium.  Il est transparent aux longueurs d’ondes visibles et aux infra-rouges (0,5 à 3μm) et peut être utilisé comme fenêtre pour les infra-rouges et les radars.


Applications de nitrure d'aluminium - Shapal Hi M-soft

  • Composants électroniques, particulièrement lorsque l’isolation électrique et la dissipation thermique sont exigées
  • Composants où une faible constante diélectrique et un faible facteur de dissipation sont exigés
  • Pièces de fixations où un faible coefficient de dilatation thermique est requis

Principales caractéristiques 

  • Conduction thermique élevée, 5 fois celle de l’alumine
  • Isolation électrique
  • Coefficient de dilatation thermique faible
  • Haute température d’utilisation
  • Haute pureté
  • Constante diélectrique faible
  • Résiste aux métaux fondus (aluminium, cuivre, lithium,…)
  • Attaqué par les acides et alcalins

Produits disponibles

Plaques et barres en Nitrure d’aluminium usinable. Nous usinons vos pièces suivants plans.

Alternative au Shapal Hi M-soft

Nous proposons également un produit concurrent au SHAPAL™ Hi M-soft de Tokuyama. Ce Nitrure d’aluminium a des caractéristiques équivalentes au SHAPAL™ Hi M-soft tout en étant économiquement plus intéressant.

Cette céramique est disponible en barres (maxi D.58 x 300 mm), en plaques (maxi 315 x 200 x 60 mm) ou en pièces usinées par nos soins suivant plans.


Tableaux de caractéristiques

Matériaux

 

Silicate d'alumine crue

Silicate d'alumine 1100°C

Silicate d'alumine 1300°C

Macor®

Vitro Céramique

Vitro800

Référence

 

080- silicate d’alumine

166-Macor

166-Vitro800

055-0060

Caractéristiques physiques

Densité

g/cm3

2.9

-

2.65

2.52

2.58

Porosité

%

-

-

-

0

<0.1

Reprise d'eau

%

3.7

3.1

0.8

-

0.038

Caractéristiques mécaniques

Dureté

 

-

-

-

Knoop 100g : 250 kg/mm²

Mohs :4-5

Résistance à la compression

MPa

96 à 114

120 à 150

487 à 571

345 à 900

488

Résistance à la flexion

MPa

23 à 37

25 à 30

50 à 68

94

>100

Module d'élasticité

GPa

-

-

-

66.9

65

Caractéristiques thermiques

Temp. maxi d'emploi

°C

900

1100

1400

1000

800

Température d'utilisation continue

°C

700

1100

1300

800

800

Chaleur spécifique à 25°C

J/kg.°K

-

-

-

795.5

/

Conductivité thermique à 100°C

W/m°K

-

1.39

2.67

1.46

1.68

Coefficient de dilatation

 

 

 

 

25 - 40 °C

 

-

-

-

-

/

25 - 600 °C

 

-

0.23 %

-

112x10-7/°C

8,6

25 - 800 °C

 

-

0.312 %

-

123x10-7/°C

/

25 - 1000 °C

 

-

0.399 %

-

-

/

Caractéristiques électriques

Résistivité spécifique à 20°C

Ohm.cm

5.2x1013

58x1013

1017

1.8 x 1014

Constante diélectrique à 20°C

à 1 MHz

 

-

6.5

5.9

6.01

6~7

Angle de perte diélectrique

à 1kHz

 

-

0.2%

0.2%

0.004

0.004

Rigidité diélectrique à 20°C kV/mm

 

-

10

12

45

> 15

Caractéristiques chimiques

Résistance à la corrosion à 20°C

 

B

B

B

B

B

Résistance aux bases à 20°C

 

B

B

B

TB

TB



Matériaux

Unités

Alumine usinable

Nitrure de bore usinable NB HP

Nitrure d'aluminium SHAPAL™ Hi M-soft

Nitrure d'aluminium usinable

Référence

 

960

Final®BN HP

166-Shapal

055-AlN usinable

Caractéristiques physiques

Densité

g/cm3

3.0

2

2.9

2.9

Porosité

%

-

-

0

<0.1

Reprise d'eau

%

-

-

-

-

Caractéristiques mécaniques

Dureté

 

-

Knopp : 16 kg/mm²

Vickers : 380 kg/mm²

-

Résistance à la compression

MPa

414

-

981

<1070

Résistance à la flexion

MPa

262

59 (para)

45 (perp)

300

300

Module d'élasticité

GPa

-

40 (para)

60 (perp)

176

-

Caractéristiques thermiques

Temp. maxi d'emploi

°C

1650

850

(1150 inerte)

1000

(1900 inerte)

1000

(1900 sous vide)

Température d'utilisation continue °

°C

1650

850

(1150 inerte)

1000

(1900 inerte)

1020

(1900 sous vide)

Chaleur spécifique à 20°C

J/kg.°K

-

810

-

-

Conductivité thermique à 100°C

W/m°K

-

27 (para)

29 (perp)

92

92.6

Coefficient de dilatation

10-6 /°K

20 - 40 °C

 

-

-

-

-

20 - 600 °C

 

-

-

4.8

-

20 - 800 °C

 

-

-

5.0

-

20 - 1000 °C

 

-

-

-

-

Caractéristiques électriques

Résistivité spécifique à 20°C

Ohm.cm

1014

-

1015

1012

Constante diélectrique à 20°C à 1 KHz

 

9 (à 100kHz)

-

6.8

7.1

Angle de perte diélectrique à 1 KHz

 

0.0016

-

0.001

-

Rigidité diélectrique à 20°C

kV/mm

7.87

>10

65

40

Caractéristiques chimiques

Résistance à la corrosion à 20°C

 

B

-

-

-

Résistance aux bases à 20°C

 

B

-

-

-



Conseils d'usinage

Ces céramiques s’usinent avec précision avec des outils conventionnels au carbure. Les procédures ci-dessous seront suivies et vérifiées fréquemment, de même que l’on utilisera et vérifiera fréquemment des outils très affûtés : ces matériaux sont très durs et abrasifs, ils endommagent rapidement les arêtes des outils. Il est impératif de travailler doucement, sans vibration ni précipitation.


Lubrification:
 L’eau est un excellent lubrifiant/refroidisseur. Entretenir un flot continu sur l’outil et la pièce, afin d’éviter les éclats. Pour plus de précision encore, utiliser les produits recommandés.


Coupe:
 Avec des scies circulaires au diamant / carbure de silicium, vitesses de 2000 à 2500 tr/mn, de haut en bas.


Limage:
 Avec des rubans couverts en continu de poudre de carbure, vitesse 30 m/mn au maximum.


Perçage:
 Avec des forets au carbure, type Carbolloy 883. Ralentir les vitesses annoncées pour les forets HSS. Ne jamais percer d’un seul coup. Utiliser une perceuse à percussion, percer des deux côtés, réaffuter tous les 3 à 4 trous.


Alésage:
 Vitesse (m/mn) 2,2 à 3,8 - Charge de l’outil (mm/dent) 0,051 - Profondeur 4 à 5 mm


Filetage:
 Utiliser un outil au diamant avec récupérateur de copeaux ou un petit outil au carbure de tungstène.


Taraudage:
 Les outils HSS comme ceux au carbure y parviennent. Préparer des avants trous à 70% du diamètre final. Lubrifier au kérosène.


Meulage:
 Avec des disques au carbure collé à l’époxy, aux vitesses recommandées. Utiliser des disques doux et de grains bien répartis ; pour des travaux importants, finir avec des disques durs et de grains fins. Lubrifier avec une solution huileuse à 1%. Polir avec de la céruse sur une cale ou un chiffon doux.

Métallisation: Pour des films épais, utiliser des encres métallisées (argent, or et argent, platine). Pour des films minces, travailler par pulvérisation.

Tournage: Avec de petits outils au carbure, ou des meules de carbure de silicium à récupérateur de copeaux (Carboloy 883)

  • Vitesse de coupe (m/mn) : 2,7 à 4,5
  • Avance (mm par tour) : 0,051 à 0,08
  • Profondeur (mm) : 4 à 6

Nous sommes en mesure d'usiner vos prototypes ou pièces de série.

Et au-delà de la conception de matériaux avancés, nous mettons notre expérience à votre service en vous assistant dans la mise au point d’une solution adaptée à vos exigences. Quelle que soit votre activité, l’un de nos matériaux saura répondre à coup sûr à vos besoins. Nous ne nous limitons pas à la livraison de ces produits, nous nous engageons également à vous fournir les conseils et les procédures de mise en œuvre.

Collage, moulage, enrobage, isolation thermique, usinage de matériaux durs et composites sur plan, confection de textiles techniques font partie du savoir-faire unique développé par des professionnels pour des professionnels.


Confiez-nous vos plans, un devis détaillé vous sera retourné dans les meilleurs délais.

FDS Silicate d'alumine (243.67k)

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