EC0805OP0704GMSP - CERAMIQUES

Objectifs

A l'issue de cet enseignement, un étudiant sera capable de :
- Connaitre les propriétés des céramiques, leur mode d'élaboration et leurs applications.
- Comprendre l'origine de la fragilité de ces matériaux et la notion de ténacité.
- Calculer une probabilité de rupture et une durée de vie.
- Identifier des différents mécanismes d'endommagement des céramiques (rupture, fatigue, fluage et choc thermique) et les lois qui les caractérisent.

At the end of this course, the student must be able to:
- Know the properties of ceramics, their processing modes and their applications.
- Understand the origin of brittleness of such materials and the concept of toughness.
- Calculate a probability of failure and a lifetime.
- Identify the different mechanisms of ceramic damage (failure, fatigue, creep, thermal chock) and the laws that characterise them.

Présentation

Ce cours dresse un tableau général de la troisième grande classe des matériaux solides (après les métaux et les polymères). Les céramiques à usages thermomécaniques sont abordées plus particulièrement.
- Objets céramiques : Céramiques traditionnelles, techniques et thermomécaniques. Impact économique. Caractérisation physique et rôle des défauts sur le comportement des céramiques.
- Élaboration : Techniques du frittage, mécanismes du frittage en phase solide, frittage naturel des céramiques oxydes (alumines, zircones), frittage des céramiques à base de silicium (carbures et nitrures de silicium).
- Comportement mécanique : Comportement à la rupture (contraintes à la rupture et ténacité), rupture différée (fatigue statique, fissuration sous critique), statistique de la rupture (modèle de Weibull, probabilité de rupture d'une pièce céramique, détermination et signification des paramètres de Weibull) et prédiction de durée de vie (diagrammes SPT et test d'épreuve).
- Comportement thermomécanique : Fluage (fluage visqueux, fluage diffusionnel, détermination des paramètres de fluage, fluage cavitation), chocs thermiques (analyses thermoélastique et énergétique, paramètres de résistance aux chocs thermiques).

This course gives an overall perspective of the third class of solid materials (beside metals and polymers). Structural ceramics will be particularly covered:
- Ceramic objects: traditional, technical and structural ceramics. Economic impact. Physical features and effect of defects on the ceramic behaviour.
- Process: sintering techniques, solid state sintering mechanisms, sintering of oxide ceramics (alumina, zirconia), sintering of base-silicon ceramics (carbides and nitrides).
- Mechanical behaviour: failure behaviour (strength of failure and toughness), time-dependent failure (static fatigue, sub-critical cracking), failure statistics (Weibull model, probability failure of a ceramic, determination and meaning of the Weibull parameters) and time-life prediction (SPT diagrams and proof tests).
- Thermo-mechanical behaviour: Creep (viscous creep, diffusion creep, creep parameters determination, cavitation creep), thermal chocks (thermo-elastic and energetic analyses, parameters of thermal chock strength).

Pré-requis obligatoires

Cours de matériaux, cours de mécanique générale et de thermique.

Examens

(1*DS1)/1

DS1 : Devoir Surveillé 1

Syllabus

G. FANTOZZI, J.-C. NIEPCE, G. BONNEFONT (2013) Les céramiques Industrielles, Technique et Ingénierie -Dunod - L'Usine Nouvelle, 512 pages.
G. FANTOZZI, S. LE GALLET, J.-C. NIEPSE (2009) Science et Technologie Céramiques, éd. EDP Sciences, 834 pages, ISBN 978-2-7598-0428-3.
P. BOCH (2001) Matériaux et processus céramiques, éd. Hermès Science, 288 pages, et Propriétés et applications des céramiques, éd. Hermès Science, 320 pages
J. DENAPE (1996) "Céramiques à usages mécaniques et thermomécaniques" Techniques de l'Ingénieur, traité des matériaux inorganiques A2010-12, 36 pages.
M.F. ASHBY et D.R.H. JONES (1991) Matériaux éd. Dunod vol.2 (microstructure et mise en œuvre) ISBN 2 J.L. CHERMANT (1989) Les céramiques thermomécaniques, Presses du CNRS, ISBN 2-87682-021-8, 202 pages.-04-018979-3, pages 141-194.

G. FANTOZZI, J.-C. NIEPCE, G. BONNEFONT (2013) Les céramiques Industrielles, Technique et Ingénierie Dunod - L'Usine Nouvelle, 512 pages.
G. FANTOZZI, S. LE GALLET, J.-C. NIEPSE (2009) Science et Technologie Céramiques, éd. EDP Sciences, 834 pages, ISBN 978-2-7598-0428-3.
P. BOCH (2001) Matériaux et processus céramiques, éd. Hermès Science, 288 pages, et Propriétés et applications des céramiques, éd. Hermès Science, 320 pages
J. DENAPE (1996) "Céramiques à usages mécaniques et thermomécaniques" Techniques de l'Ingénieur, traité des matériaux inorganiques A2010-12, 36 pages.
M.F. ASHBY et D.R.H. JONES (1991) Matériaux éd. Dunod vol.2 (microstructure et mise en œuvre) ISBN 2 J.L. CHERMANT (1989) Les céramiques thermomécaniques, Presses du CNRS, ISBN 2-87682-021-8, 202 pages.-04-018979-3, pages 141-194.