RÉFRACTAIRES MATÉRIAUX

Stabilité

La stabilité est une propriété essentielle pour les applications à haute température, et le problème ne peut être dissocié de celui du comportement du matériau par rapport à l'atmosphère gazeuse coexistante. Celle-ci joue un rôle capital, tant par sa nature que par la valeur de sa pression. Dans le vide, les métaux, le graphite et un bon nombre de composés interstitiels des éléments de transition présentent des vitesses d'évaporation peu élevées, même à très haute température. En revanche, les composés entre métalloïdes fondent en se décomposant ou se décomposent avant de fondre. Les oxydes peuvent se vaporiser à l'état de molécules, mais aussi en donnant les atomes constitutifs ou des sous-oxydes ; en général, il existe des équilibres assez complexes sur lesquels semble influer fortement la pression partielle d'oxygène.

Vis-à-vis d'atmosphères oxydantes, les oxydes sont les plus résistants ; la thorine permet d'étendre le domaine d'utilisation des réfractaires en atmosphère oxydante jusqu'à 2 700 ⁰C. Le domaine d'utilisation des métaux est beaucoup moins étendu et seuls peuvent convenir les métaux nobles, à moins d'utiliser des revêtements protecteurs. En atmosphère légèrement oxydante, l'iridium peut être employé jusqu'à 2 200 ⁰C, mais la limite pratique est plutôt de l'ordre de 1 800 ⁰C (limite d'utilisation des alliages platine-rhodium). Certains siliciures, borures et carbures peuvent être utilisés jusqu'à des températures relativement élevées dans ces conditions ; la limite, là aussi, est cependant de l'ordre de 1 800 ⁰C. Signalons le comportement intéressant du carbure de silicium (SiC), qui est en quelque sorte autoprotégé grâce à la formation d'une couche de silice (SiO₂) superficielle.

En atmosphère réductrice, les métaux présentent la plus grande stabilité. En revanche, un grand nombre de réfractaires couramment utilisés (comme SiC) subissent l'attaque de l'hydrogène atomique provenant de la dissociation de H₂ à haute température. Parmi les oxydes, l'alumine présente une assez bonne résistance.

Propriétés mécaniques

Au-dessus de 2 000 ⁰C, pour l'ensemble des réfractaires, la résistance à la flexion devient très faible. Seuls le tungstène, le rhénium, le graphite et le nitrure de bore conservent une résistance de l'ordre de dix millions de pascals. La gamme de matériaux de résistance convenable à la compression est un peu plus étendue (alumine et oxyde de béryllium, borures de zirconium et de titane, carbures de titane, de zirconium et de tungstène). En fait, ces propriétés sont fortement influencées par le procédé de fabrication et même par la forme sous laquelle se présente le matériau.

Propriétés électriques et thermiques

Les propriétés électriques et thermiques dépendent très étroitement de la température. Ainsi les oxydes, considérés comme des isolants électriques à température ambiante, deviennent relativement conducteurs à température élevée. En revanche, les métaux, naturellement bons conducteurs électriques, voient leur résistivité s'élever avec la température. Il en est de même pour les carbures et les borures des métaux de transition. Cependant, même pour les oxydes les plus conducteurs comme le chromite de lanthane, l'ordre de grandeur demeure différent entre les résistivités des oxydes et celles des métaux, le rapport étant au minimum de 10³ vers 2 000 ⁰C. Mais cette différence n'empêche pas l'utilisation de l'une ou l'autre classe de ces matériaux comme résistance électrique à haute température ; on peut procéder à un choix en fonction de la nature de l'atmosphère. Inversement, il existe peu de réfractaires réellement isolants à haute température, c'est-à-dire dont la résistivité soit[...]