Production céramique moderne : des matières premières aux produits finis

L'industrie céramique couvre une large gamme de produits, des céramiques traditionnelles comme la poterie et la porcelaine aux céramiques techniques modernes pour applications chimiques, mécaniques et autres.

Nous allons vous fournir un aperçu du processus de fabrication des produits céramiques modernes, pour que vous connaissiez les matières premières nécessaires et puissiez contrôler l'ensemble du processus de fabrication.

1. Qu'est-ce que la céramique au juste ?

Les céramiques peuvent être définies comme une classe de solides inorganiques, non métalliques, soumis à des hautes températures pour la fabrication. Dans cet article, les céramiques techniques modernes sont au centre.

Les produits de céramiques techniques incluent les tuiles utilisées dans le programme de la Navette spatiale, les buses de brûleurs à gaz, les pastilles d'oxyde d'uranium pour combustible nucléaire et les implants bio-médicaux.

Ces produits sont souvent fabriqués à partir de matériaux autres que l'argile, choisis pour leurs propriétés physiques particulières. Ils peuvent être classés en :

• Oxydes : silice, alumine, zirconium
• Non-oxydes : carbures, borures, nitrures, silicides
• Composites : matériaux renforcés par particules ou whiskers, combinaisons d'oxydes et non-oxydes.

2. Processus général de fabrication des produits céramiques

Pour créer les produits finis, la matière céramique doit passer par le processus de fabrication général suivant :

2.1 Broyage

Le broyage est le processus par lequel les matériaux sont réduits d'une grande taille à une taille plus petite.

Le broyage se fait généralement par des moyens mécaniques, incluant l'attrition, la compression et l'impact.

L'attrition est la collision particule-particule qui entraîne la rupture d'agglomérats ou le cisaillement des particules ; la compression applique une force entraînant la fracture.

L'équipement de broyage par attrition inclut le scrubber humide, qui a des pales dans l'eau créant des tourbillons où le matériel entre en collision et se brise.

Les broyeurs à compression incluent le concasseur à mâchoires, le concasseur à rouleaux et le concasseur à cône. Les broyeurs à impact incluent le broyeur à boulets, qui a des médias qui culbutent et fracturent le matériau.

2.2 Dosage

Le dosage est le processus de pesée des oxydes selon les recettes, et leur préparation pour le mélange et le séchage.

2.3 Mélange

Le mélange se fait après le dosage et est réalisé avec diverses machines, telles que les mélangeurs à ruban sec, les mélangeurs Mueller et les mélangeurs pug. Le mélange humide utilise généralement le même équipement.

2.4 Formage

Le formage consiste à façonner les matériaux mélangés, allant des cuvettes de toilettes aux isolateurs de bougies d'allumage.

Le formage peut inclure :

• Extrusion, comme l'extrusion de « boudins » pour faire des briques,
• Pressage pour faire des pièces façonnées, et
• Coulage en barbotine, comme pour fabriquer des lavabos et des objets ornementaux comme des statues en céramique.

Le formage produit une « pièce verte », prête pour le séchage. Les pièces vertes sont molles, malléables, et perdront leur forme avec le temps. Manipuler le produit vert change sa forme.

Une fois les poudres céramiques compactées pour produire le composant à l'état vert, elles sont approximativement denses à 50-70 %.

Elles sont aussi relativement faibles, mais avec soin peuvent être usinées en géométries assez complexes. Pour conférer de la résistance, les composants à l'état vert sont généralement frittés.

2.5 Séchage

Le séchage consiste à éliminer l'eau ou le liant du matériau formé. Le séchage par atomisation est largement utilisé pour préparer la poudre pour les opérations de pressage. Les autres séchoirs sont les séchoirs tunnels et les séchoirs périodiques.

Une chaleur contrôlée est appliquée dans ce processus en deux étapes. D'abord, la chaleur élimine l'eau. Cette étape nécessite un contrôle minutieux, car un chauffage rapide cause des fissures et défauts de surface.

La pièce séchée est plus petite que la pièce verte, et est friable, nécessitant une manipulation soignée, car un petit impact provoquera l'effritement et la rupture.

2.6 Frittage

Le frittage est l'étape où les pièces séchées passent par un processus de chauffage contrôlé, et les oxydes sont chimiquement modifiés pour provoquer la liaison et la densification. La pièce cuite sera plus petite que la pièce séchée.

Voilà le processus général de fabrication des produits céramiques, nous espérons qu'il vous sera utile. N'hésitez pas à laisser un commentaire ci-dessous si vous avez des questions.

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