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Les MatŽriaux

UMR CNRS 73M5

Extraits du nouveau programme de Terminale S

M

Extraits du nouveau programme de Terminale S

2 Plan

MmRGŽnŽralitŽs sur les matŽriaux 2mRLes cŽramiques et les verres 3mRMatŽriaux biocompatibles : le cas des cŽramiques 4mRLes composites : vers de nouveaux matŽriaux hautes performances 3

Plan

MmRGŽnŽralitŽs sur les matŽriaux 2mRLes cŽramiques et les verres 3mRMatŽriaux biocompatibles : le cas des cŽramiques 4mRLes composites : vers de nouveaux matŽriaux hautes performances 4

Microstructure PropriŽtŽs ProcŽdŽs d'Žlaboration MatŽriau Performances

Qu'esttce qu'un matŽriau ?

DŽfinition oLaroussen : substance quelconque utilisŽe pour la construction des objets machines b‰timents etcm

5

Physiques masse spŽcifiq ue conductibilitŽ Žlectrique th ermique ionique Žnergie de surface chaleurs latentes de transformation coefficients de dilatation thermique indice de rŽfraction etcm Chimiques rŽsistance ˆ l'oxydation ˆ la co rrosion stabilitŽ rŽactivitŽ diagrammes d'Žquilibre etcm MŽcaniques ŽlasticitŽ plasticitŽ rŽsistance ˆ la rupture tŽnacitŽ duretŽ rŽsist ance ˆ l'usure tenue ˆ la fatigue au fluage etcm

PropriŽtŽs recherchŽes des matŽriaux

6

Performances recherchŽes des matŽriaux

ReproductibilitŽ fiabilitŽ durabilitŽ efficacitŽ cožt absence de nocivitŽ capacitŽ de recyclage etcm 7 Cfm Notion de cycle de vie

Les grandes familles de matŽriaux

MŽtaux Alliages mŽtalliques

Fe Al Cu aciers etcm

Inorganiques CŽramiques oAl

2 O 3 Si 3 N 4

SiC etcmn

FacilitŽ de mise en forme ŽlasticitŽ osouplessen PlasticitŽ oductilitŽn rŽsistance mŽcanique et tŽnacitŽ conductivitŽ Žlectrique thermique RigiditŽ duretŽ rŽsistance mŽcanique faible tŽnacitŽ ofragilitŽn rŽsistance chimique thermique

8

PropriŽtŽs mŽcaniques des matŽriaux

9

PropriŽtŽs mŽcaniques des matŽriaux

Limite Žlastique ou rŽsistance ˆ la rupture TŽnacitŽ Mr

PropriŽtŽs Žlectriques des matŽriaux

ConductivitŽ Žlectrique

MM

Les liaisons dans les matŽriaux

M2

Les liaisons dans les matŽriaux

COVALENTE VAN der WAALS METALLIQUE IONIQUE

NaCl MgO Al

2 O 3 H 2 O H 2 N 2 Cu Na Ti Ag C odiamantn Si CERAMIQUES METAUX POLYMERES SiO 2

Cellulose Fer Etain

M3

Les matŽriaux combinŽs : les composites

MŽtaux Alliages mŽtalliques Fe Al Cu aciers etcm M4 Plan

MmRGŽnŽralitŽs sur les matŽriaux 2mRLes cŽramiques et les verres 3mRMatŽriaux biocompatibles : le cas des cŽramiques 4mRLes composites : vers de nouveaux matŽriaux hautes performances M5

Les cŽramiques

Etymologiquement : notion de terre cuite MatŽriaux non mŽtalliques et non organiques obtenus par lÕaction de fortes tempŽratures Liaisons ionotcovalentes Composition chimique :

ElŽments mŽtalliques ElŽments non mŽtalliques Mg Al Ti Zr etcm O : oxydes oMgO ZrO 2 Al 2 O 3 etcmn N : nitrures oSi 3 N 4 ZrN etcmn C : carbures oSiC TiC etcmn B : borures oTiB 2 ZrB 2 etcmn M6

Les cŽramiques

Microstructure : MatŽriaux cristallisŽs en gŽnŽral polycristallins constituŽs dÕun agglomŽrat de grains de poudre soudŽs entre eux par traitement thermique sans fusion ofrittagen

Quartz

M7

Les cŽramiques : fabrication

POUDRE naturelle ou synthŽtique Mise en forme Cuisson ofrittagen 9rr ¡C Ð 2rrr ¡C

RégulaR'ongaR

M8

PorositŽ : oV

pores pV total n

7r l 5r l R r l Poudres Mise en forme Frittage Retrait T < T

fusion Diminution du volume par Žlimination de la porositŽ odensificationn

Les cŽramiques

M9

Les cŽramiques

2r

Les porcelaines

Les cŽramiques traditionnelles

2M

Les poteries

22

Les cŽramiques traditionnelles

Les fa•ences

23

Les cŽramiques traditionnelles

Régula'g

24

Les cŽramiques traditionnelles

Les cŽramiques techniques

25
'g'tamtRpRa'RtarM 23t42a'Rt2u'R na5 a'R 'g'tamtRpRn3Rlo22o'gomR 'g'tamtR346R72o8aramt'RMais Rmmmm Fragilesm

PropriŽtŽs communes des cŽramiques

26

Les verres

Vers un Žtat Ç amorphe È Composition chimique : La plupart des verres sont ˆ base dÕoxydes A

m O n 27

Les verres

Quartz Verre de silice

SiO 2 28

Les verres

ProcŽdŽ

POUDRE CoulŽe Mise en forme Fusion

M4rr ¡C Ð M7rr ¡C

9: :RFigeage ocristallisation ŽvitŽe par refroidissement rapiden

29 PropriŽtŽs

Transparence Isolant thermique Isolant Žlectrique Inertie chimique dans lÕagroalimentaire

Les verres

Application des verres

R Mrmm FIBRES OPTIQUES STOCKAGE DE DECHETS NUCLEAIRES EMBALLAGE VITRAGE 3r Plan

MmRGŽnŽralitŽs sur les matŽriaux 2mRLes cŽramiques et les verres 3mRMatŽriaux biocompatibles : le cas des cŽramiques 4mRLes composites : vers de nouveaux matŽriaux hautes performances 3M

Les os Les dents

Les cŽramiques au service de la mŽdecine

32
Ca Mr o PO 4 n 6 o OH n 2

MinŽraux

Sodium oNan Fluor oFn MagnŽsium oMgn

HYDROXYAPATITE

LÕos naturel

33

Applications mŽdicales : les biocŽramiques

é2ot;u'a'RaR;3ml;aRlganR

?a'Rl 23rg@4a'R'omtRAgolorM3=Ana'R

Cellules fabricant de l'os nouveau

Dent artificielle Implant

34

Calcium Phosphore Régula'on

lat mpératur Mélang

Fabrication de lÕos au laboratoire

35
Plan

MmRGŽnŽralitŽs sur les matŽriaux 2mRLes cŽramiques et les verres 3mRMatŽriaux biocompatibles : le cas des cŽramiques 4mRLes composites : vers de nouveaux matŽriaux hautes performances 36

Elaboration de composites hautes performances

37
ZrC ZrC ZrO 2 ZrO 2 ZrO 2

ZrCpSiC

SiO 2 SiO 2 ZrO 2 ZrO 2 ZrO 2

ZrCpSiC

MatŽriaux considŽrŽs

38

De la molŽcule ˆ la cŽramique

39
SiO 2 SiO x C y

SiCm SiO

2 SiO x C y

SiCm SiCm SiC SiC

x N y Si 3 N 4 m Si 3 N 4 SiC x N y

SiCm SiB

2 SiB x N y Si 3 N 4 m SiB 2 SiC x B y

SiCm SiO

2 SiO x B y SiB 2 m 4r Pyrolyse ZrC Polycarbosilane : precurseur de cŽramique SiC SiC C libre

MatŽriaux hybrides

4M

CaractŽrisation des matŽriaux

Spectroscopie de RMN Spectroscopie IR SpectromŽtrie de masse RhŽologie etcm Analyse thermogravimŽtrique Diffraction des rayons X Microscopie Žlectronique ˆ balayage

POLYMERES POUDRES

Traitement thermique

42

Tests de rŽsistance ˆ lÕoxydation

Four Solaire dÕOdeillo 43

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