Connaissez-vous les matériaux en poudre céramique spéciaux ?

Qu'est-ce qu'une poudre ?

En pensant à la poudre céramique spéciale, la première réaction est généralement un mélange de substances granulaires. Cependant, si l'on considère la composition fondamentale, les poudres ne sont pas aussi simples qu'elles en ont l'air.

Qu'est-ce qu'une poudre ?
Définition de la poudre : une collection d'un grand nombre de particules solides.
Définition de la particule de poudre : particules solides de base obtenues par dispersion ou raffinage sans changer la structure essentielle de la substance.
Poudre : Particules (＞100 μm)
Poudre (1～100 μm)
Poudre ultrafine (0,1～1 μm)
Nano poudre (＜0,1 μm)

La forme de la poudre peut être divisée en sphérique, cylindrique, en forme d'aiguille, angulaire, dendritique, fibreuse, feuilletée, granulaire, irrégulière, etc.

La poudre est un système complexe généré par l'interaction des phases solide, liquide et gazeuse. Étant donné la complexité du système, il est impossible de caractériser ses propriétés à l'aide d'un seul paramètre ou équation. Par conséquent, divers paramètres ont été développés pour caractériser les propriétés des poudres, tels que la distribution de la taille des particules (PSD), la densité, la forme, la structure cristalline, la teneur en humidité, la morphologie de surface, la surface spécifique, les forces électrostatiques, les forces capillaires, les liaisons hydrogène, la porosité, l'élasticité, la fragilité, l'hygroscopicité, les propriétés de désorption, et d'autres paramètres descriptifs issus de différentes dimensions.

Qu'est-ce que la poudre céramique ?

Les poudres céramiques spéciales sont la base des produits céramiques, et l'élément clé dans la fabrication de céramiques de haute qualité. Si la qualité de la poudre est mauvaise, peu importe l'effort consacré aux processus ultérieurs tels que la mise en forme et la frittation, les propriétés inhérentes du matériau ne peuvent pas être modifiées fondamentalement. D'un point de vue applicatif, les exigences pour les poudres brutes céramiques sont principalement les suivantes :

Composition chimique précise: Pour les céramiques avancées, la composition chimique détermine directement la phase cristalline du produit et ses performances.
Bonne homogénéité chimique: Une composition chimique inhomogène peut entraîner des déviations dans les composants chimiques locaux, ce qui cause à son tour une ségrégation de phase et des différences ou anomalies dans la microstructure, entraînant une baisse des performances du corps fritté final.
Haute pureté: La poudre doit contenir peu d'impuretés. La présence d'impuretés affectera la performance du processus de la poudre ainsi que les propriétés physiques et chimiques du corps fritté.
Taille de particule appropriée et petite: Une taille de particule suffisamment petite peut abaisser la température de frittage et réduire efficacement la taille des particules du corps fritté, tout en répondant à l'exigence du matériau céramique d'être plus petit que la taille critique.
Particules sphériques de taille uniforme: Les particules sphériques ont une bonne fluidité, une haute densité de compactage et une distribution uniforme des pores, ce qui permet un contrôle efficace de la croissance des grains et de l'exclusion et de la distribution des pores lors des processus de mise en forme et de frittage. Cela aide à obtenir une microstructure uniforme, d'excellentes performances et une qualité de produit cohérente.
Bonne dispersion avec un agglomérat minimal: Une poudre avec une bonne dispersion et un agglomérat minimal est bénéfique pour la mise en forme et le frittage. Des efforts doivent être faits pour réduire à la fois les agglomérats mous et durs.

Comment obtenir de la poudre céramique ?

Dans la mise en forme céramique, une étape cruciale est la dispersion broyage à billes. L'objectif est de briser les agglomérats mous formés par une grande surface spécifique. Ces agglomérats résultent de forces de van der Waals faibles et de liaisons hydrogène entre les particules.
Les agglomérats ressemblent à des sphères duveteuses avec plusieurs petites surfaces.
Pour obtenir une distribution précise de la taille des particules et leur forme, les agglomérats doivent être brisés en particules primaires lors du broyage à billes. Une méthode consiste à broyer à billes puis à analyser les particules dispersées.
Une autre méthode utilise la dispersion ultrasonique avant de mesurer la taille et la distribution. Les agglomérats durs résistants à l'ultrasons ou au broyage à billes donnent des tailles mesurées reflétant ces agglomérats.
Une dispersion appropriée dans un liquide permet une détermination précise de la taille via des techniques comme la sédimentation. Les particules dispersées se déposent sous gravité, puis sont analysées par rayons X ou laser pour un enregistrement automatisé de la taille. Toutes les analyses nécessitent des particules bien dispersées dans un liquide, et non en poudre sèche.

Application industrielle :

Nouveau domaine de l'énergie : Remodeler la révolution énergétique

Batterie à l'état solide : Une université a développé une « poudre d'électrolyte céramique de type grenat LLZO ». Cette avancée permet aux batteries à l'état solide de dépasser une densité d'énergie de 400 Wh/kg. Les batteries au lithium actuelles ont une densité d'énergie de 300 Wh/kg.

Aéronautique : « Révolution des matériaux » en environnements extrêmes

L'Airbus A350 utilise des disques de frein en composite de matrice céramique (CMC) en carbure de silicium. Leur durée de vie a été prolongée de 3 000 à 15 000 cycles de décollage et d'atterrissage.

Biomédecine : De l'innovation matérielle à l'innovation de vie

Articulation artificielle : Tête fémorale en céramique zirconia imprimée en 3D. La porosité est précisément contrôlée entre 60-80%. Le module d'élasticité correspond à celui de l'os humain (3-30 GPa).

Conclusion

Matériaux en poudre céramique spéciaux, avec une précision nanométrique, reconstruisent les limites des propriétés du matériau. Ils deviennent des « puces stratégiques » dans les domaines de la nouvelle énergie, de l'aérospatiale et de la biomédecine. Maîtriser le « microcode » des poudres céramiques spéciales est essentiel pour la compétitivité industrielle.
C'est également un point stratégique clé dans la course à la domination des technologies avancées.