Quels matériaux sont utilisés dans le moulage par injection céramique ?

Matériaux courants en MIC

En résumé, le MIC permet de produire en série des composants céramiques complexes à partir de matériaux comme l'alumine, la zircone, le carbure de silicium et le nitrure de silicium. Chaque matériau offre des performances exceptionnelles, comme une dureté élevée, une grande résistance, une capacité à haute température ou une excellente résistance à la corrosion. Le MIC élargit les possibilités de conception et permet de nouvelles applications utilisant des céramiques structurelles et fonctionnelles avancées.

Le moulage par injection céramique (MIC) utilise de la poudre céramique et des liants comme composé de moulage. La composition et les propriétés des poudres de départ déterminent les caractéristiques du composant céramique final. Les matériaux céramiques les plus couramment utilisés en MIC sont :

Alumine (Al2O3)

L'alumine, ou oxyde d'aluminium, est l'un des matériaux céramiques les plus polyvalents du MIC. Elle présente une excellente dureté, une grande résistance à l'usure et une stabilité thermique. Des poudres d'alumine avec une distribution granulométrique finement contrôlée et des niveaux de pureté élevés sont utilisées. Quelques propriétés fondamentales sont :

- Haute dureté - Dureté Vickers de 1600-1800 HV

- Résistance à la compression supérieure à 4000 MPa

- Résistance à la flexion d'environ 330 MPa

- Point de fusion de 2050°C

- Excellente résistance à la corrosion et à l'usure

En raison de sa haute résistance et de ses propriétés anti-usure, l'alumine est idéale pour les composants automobiles comme les pistons, les plongeurs, les faces d'étanchéité et les guides de buse. Elle est également utilisée pour les outils de coupe, les roulements, les engrenages et les patins d'usure. L'alumine bio-inerte convient aux implants dentaires et aux prothèses orthopédiques.

Zircone (ZrO2)

La zircone offre une très haute ténacité à la rupture et une résistance à la flexion par rapport aux autres céramiques. Des poudres fines de zircone stabilisées dans la phase tétragonale sont utilisées en MIC. Les propriétés clés sont :

- Dureté Vickers supérieure à 1200 HV

- Résistance à la flexion jusqu'à 1000 MPa

- Ténacité à la rupture d'environ 7-8 MPa√m

- Faible conductivité thermique

- Résistant à la corrosion

La résistance et la ténacité de la zircone en font un matériau intéressant pour les composants soumis à de fortes contraintes comme les vannes, les filières d'extrusion, les couteaux et les pales de mélangeur. Elle est également utilisée pour les capteurs d'oxygène, les membranes de piles à combustible et les implants médicaux comme les articulations de hanche.

Carbure de silicium (SiC)

Le carbure de silicium présente une excellente résistance aux chocs thermiques et à la corrosion. Il possède une dureté et une résistance élevées à des températures élevées. Les poudres de SiC liées par réaction sont couramment utilisées en MIC. Les propriétés clés sont :

- Dureté similaire à l'alumine

- Résistance à la flexion d'environ 550 MPa

- Conductivité thermique 90-120 W/mK

- Point de fusion 2700°C

- Conserve sa résistance à haute température

Les composants en SiC fabriqués par MIC sont idéaux pour les applications automobiles comme les filtres à particules, les aubes de turbine céramique et les échangeurs de chaleur pour gaz d'échappement. Il sert également à fabriquer des éléments chauffants, des plaques de blindage balistique et des composants aérospatiaux.

Nitrure de silicium (Si3N4)

Le nitrure de silicium offre une grande résistance à haute température et une bonne résistance au fluage. Ses propriétés incluent :

- Dureté de 1700 HV

- Résistance supérieure à 650 MPa à 1000°C

- Ténacité à la rupture d'environ 6 MPa√m

- Point de fusion 1900°C

- Excellente résistance aux chocs thermiques

Le Si3N4 convient aux composants de moteurs automobiles, aux pièces de turbines à gaz, aux rotors de turbocompresseurs, aux pointes de nez de missiles et aux buses de propulseurs de vaisseaux spatiaux. Il résiste à l'oxydation et aux chocs thermiques.

Composites Alumine-Zircone

Les composites d'alumine et de zircone combinent des propriétés souhaitables comme une haute dureté, une grande résistance et une bonne ténacité. Différents ratios peuvent être utilisés selon les besoins. Quelques exemples de propriétés incluent :

- Dureté de 1500 HV

- Résistance d'environ 1200 MPa

- Ténacité 4-6 MPa√m

- Bonne résistance à l'usure

- Stabilité à haute température

Ces composites sont idéaux pour les outils de coupe, les filières d'extrusion, les guides à rouleaux et les implants médicaux nécessitant un équilibre entre résistance, ténacité et bio-inertie. Les propriétés peuvent être adaptées à des besoins spécifiques.

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