Propriétés des matériaux et tableaux comparatifs

Gravité spécifique

Ce tableau indique la gravité spécifique des matériaux, c’est-à-dire la densité d’un matériau par rapport à la densité de l’eau.
Par rapport aux métaux, les céramiques ont généralement une densité inférieure de moitié à celle des métaux. En outre, le tungstène est plus lourd que le plomb et à peu près du même poids que l’or, ce qui en fait un matériau exceptionnellement dense. C’est pourquoi le tungstène est souvent utilisé comme blindage contre les radiations.

Graphique comparatif de la gravité spécifique

Dureté

Ce graphique affiche la dureté de divers matériaux mesurée par la dureté Vickers.
Les céramiques ont tendance à être beaucoup plus dures que les métaux couramment utilisés. Cela signifie qu’elles ont une plus grande résistance à l’usure et sont largement utilisées comme matériaux résistant à l’abrasion.

Graphique comparatif de la dureté

Module de Young

Plus le module de Young d’un matériau est élevé, plus il est rigide et mieux il peut résister aux tensions.
Par rapport à d’autres matériaux, les céramiques, le tungstène et le molybdène ont un module d’Young très élevé.

Graphique comparatif du module d’Young

Ténacité à la rupture

La ténacité à la rupture peut être définie comme la résistance à la croissance des fissures.
En général, les céramiques sont extrêmement fragiles. Cependant, parmi elles, la zircone présente une grande résistance à la rupture et est souvent utilisée dans les couteaux de cuisine, les ciseaux et les boules de démolition.

Graphique comparatif de la résistance à la rupture

Température d’utilisation maximale

La température maximale d’utilisation détermine la plage de température dans laquelle il est possible d’utiliser un matériau. Elle varie en fonction de l’atmosphère. Les matériaux à point de fusion élevé, tels que le tungstène, le molybdène et les céramiques, ont diverses applications qui nécessitent une résistance élevée à la chaleur. Par exemple, les matériaux de four, les creusets et le blindage thermique.

Graphique comparatif de la température maximale d’utilisation

Résistance aux chocs thermiques

Plage de températures dans laquelle un matériau peut supporter des changements rapides de température. Plus la résistance aux chocs thermiques est élevée, plus le risque que le matériau se brise en raison de changements rapides de température est faible. Le verre et les céramiques se brisent facilement en cas de changement brusque de température. Cependant, le nitrure de bore, le quartz et le nitrure de silicium ont une très grande résistance aux chocs thermiques. Ces matériaux sont fréquemment utilisés dans les pièces qui doivent supporter des fluctuations extrêmes de température.

Graphique comparatif de la résistance aux chocs thermiques

Conductivité thermique

Ce graphique indique dans quelle mesure la chaleur est transférée à travers différents matériaux.
Certaines céramiques comme le nitrure d’aluminium et le carbure de silicium ont une conductivité thermique élevée, tandis que d’autres, comme la zircone, ont une conductivité très faible. Le tungstène et le molybdène conduisent comparativement bien la chaleur.

Graphique de comparaison de la conductivité thermique

Coefficient de dilatation thermique

Taux de dilatation du matériau en réponse à un changement de température.
Les céramiques, le tungstène et le molybdène ayant un faible coefficient de dilatation thermique, il n’y a qu’un changement mineur de la forme en réponse à une variation de température.

Graphique comparatif du coefficient de dilatation thermique

Résistivité électrique

La résistivité électrique, également appelée résistivité volumique, est la propriété qui explique la difficulté pour l’électricité de traverser un matériau. En général, les céramiques ont une résistivité électrique élevée. Elles sont donc couramment utilisées comme matériaux d’isolation. Certaines céramiques ont des propriétés électroconductrices, comme le SiC.

Graphique de la résistivité électrique

Permittivité relative

La permittivité décrit le degré de polarisation diélectrique d’un matériau, si on lui applique un champ électrique. La permittivité relative (également appelée constante diélectrique), est la permittivité d’un matériau par rapport à la permittivité du vide. Plus la permittivité relative est faible, plus la polarisation diélectrique est faible dans un matériau. Par conséquent, le matériau est très peu affecté par les champs électriques environnants. C’est pourquoi il est souvent utilisé dans les équipements de traitement des semi-conducteurs.

Résistance à la corrosion

La résistance à la corrosion décrit la capacité d’un matériau à résister aux effets chimiques ou biologiques sans dégradation de ses propriétés ou de sa structure. Comme les céramiques ont une résistance élevée à la corrosion, elles peuvent être utilisées dans les prothèses et diverses autres pièces résistant à la corrosion. Le tungstène résiste aux acides et aux alcalis de la même manière que les céramiques.

Conductivité électrique

En général, les céramiques techniques sont des matériaux d’isolation qui ne conduisent pas l’électricité. Selon la tension ou la température, certaines d’entre elles peuvent devenir des semi-conducteurs.

Piézoélectricité

Après avoir appliqué une contrainte mécanique aux matériaux, certains d’entre eux génèrent une charge électrique. Inversement, l’effet piézoélectrique inverse se produit, lorsqu’un champ électrique est appliqué et qu’une déformation est générée sur un matériau. Les céramiques piézoélectriques ont une structure polycristalline. Un exemple de matériau piézoélectrique est le titanate de zirconate de plomb (PTZ en abrégé).