Abonnez-vous à Universalis pour 1 euro

TEMPÉRATURES PHYSICO-CHIMIE DES HAUTES

Propriétés physiques

Le choix d'un matériau, pour une utilisation à température élevée, résulte toujours d'un compromis entre ses différentes propriétés physiques et chimiques.

Les propriétés mécaniques sont très souvent celles auxquelles il faut veiller, car elles s'effondrent toujours bien au-dessous de la température de fusion ; le graphite et le tungstène ont les meilleures propriétés au-delà de 2 000 0C. Ce sont les déformations plastiques, et éventuellement le fluage, qui abaissent la résistance mécanique aux hautes températures, même pour les matériaux fragiles qui ne sont pas ductiles aux températures moyennes. Pour les matériaux polyphasés, comme les céramiques industrielles, le fluage est souvent lié à la présence d'une phase vitreuse ou même fusible. Les corps fragiles ont une faible résistance à la traction mais peuvent présenter un excellent comportement à la compression et au choc mécanique : c'est le cas de l'alumine. Ils sont, par contre, très sensibles aux chocs thermiques lorsqu'ils sont mauvais conducteurs de la chaleur : un gradient de température provoque une contrainte mécanique d'autant plus forte que la dilatation est plus grande, et le gradient de température est d'autant plus élevé dans une pièce que la conductivité thermique est faible ; les matériaux à caractère métallique résistent bien, mais les autres ont une faible conductivité thermique aux hautes températures et, s'ils ne sont pas « plastiques », ils ne résistent pas aux contraintes de tension. La silice, qui a une très faible dilatation, est un des meilleurs matériaux non métalliques ; les matériaux denses, utilisés pour des pièces étanches, sont les plus sensibles.

Matériaux : résistance à la rupture - crédits : Encyclopædia Universalis France

Matériaux : résistance à la rupture

Conductivité thermique de solides - crédits : Encyclopædia Universalis France

Conductivité thermique de solides

La conductivité thermique d'un matériau dépend beaucoup de sa porosité, et les bonnes isolations sont généralement obtenues avec des matériaux en poudre, mais leur frittage limite leur emploi vers les très hautes températures, sauf pour le carbone qui ne se fritte pas, et qui peut être employé sous forme de poudre ou de feutre jusqu'à plus de 2 500 0C. Au-delà de 2 000 0C, les échanges de chaleur par rayonnement deviennent prépondérants, et l'on obtient de bonnes isolations avec plusieurs écrans de rayonnement, minces, plutôt qu'avec un seul écran épais.

Fours électriques : résistivité de matériaux chauffants - crédits : Encyclopædia Universalis France

Fours électriques : résistivité de matériaux chauffants

Certains réfractaires qui ne sont pas des composés intermétalliques ont une conductivité électrique de type métallique ; c'est le cas des carbures de zirconium, de titane, de tungstène, de tantale, qui sont très réfractaires (points de fusion supérieurs à 3 000 0C). Cependant, tous les matériaux isolants à basse température (verre, alumine) sont, en réalité, des semiconducteurs et présentent vers 2 000 0C une conductivité appréciable ; on ne peut avoir d'isolement électrique qu'en limitant la température au-dessous de 1 900 0C.

Le courant électrique peut être transporté par des électrons ou par les ions dans le cas des solides ioniques, tels que la zircone ; ces solides sont de véritables électrolytes à température élevée, et leur application aux piles à combustible est très sérieusement envisagée.

Les propriétés optiques de quelques solides à haut point de fusion sont remarquables ; le corindon, cristal d'alumine, a une bonne transparence dans la gamme des fréquences visibles et dans l'infrarouge, et l'on sait faire des monocristaux suffisamment grands pour y tailler des pièces d'optique. Les progrès apportés à la technique du frittage ont permis de réaliser des pièces frittées sans porosité, et translucides ; les lampes d'éclairage à halogène sont ainsi construites avec un tube d'alumine transparente.

Les propriétés magnétiques de certaines ferrites sont remarquables, et la physico-chimie de ces oxydes mixtes – Fe2O3, MOn – autorise la fabrication[...]

La suite de cet article est accessible aux abonnés

  • Des contenus variés, complets et fiables
  • Accessible sur tous les écrans
  • Pas de publicité

Découvrez nos offres

Déjà abonné ? Se connecter

Écrit par

  • : Professeur à l'Université d'Orléans, Directeur du Centre de recherches physiques des hautes températures du C.N.R.S., Orléans.

Classification

Pour citer cet article

François CABANNES. TEMPÉRATURES PHYSICO-CHIMIE DES HAUTES [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Températures atteintes par combustion - crédits : Encyclopædia Universalis France

Températures atteintes par combustion

Four à élément chauffant de céramique - crédits : Encyclopædia Universalis France

Four à élément chauffant de céramique

Four à arc - crédits : Encyclopædia Universalis France

Four à arc

Autres références

  • ACIER - Technologie

    • Écrit par Louis COLOMBIER, Gérard FESSIER, Guy HENRY, Joëlle PONTET
    • 14 176 mots
    • 10 médias
    Les traitements thermomécaniques à hautes températures, notamment le laminage contrôlé, allaient permettre de résoudre ces problèmes et de développer de nouvelles familles d'aciers – contenant des éléments de microalliage, niobium, vanadium ou titane –, à caractéristiques très élevées, mais néanmoins...
  • BRIDGMAN PERCY WILLIAMS (1882-1961)

    • Écrit par Alain LE DOUARON
    • 228 mots
    • 1 média

    Né à Cambridge (Massachusetts) le 21 avril 1882, P. W. Bridgman était le fils unique d'un journaliste et écrivain. D'abord étudiant à Howard, Bridgman y devient professeur de mathématiques et de physique en 1926. Il perfectionne les techniques d'obtention des hautes pressions et étudie les propriétés...

  • CRISTAUX - Synthèse des cristaux

    • Écrit par Yves GAUTIER
    • 6 273 mots
    • 2 médias
    Le recuit consiste à chauffer un matériau polycristallin jusqu'à dépasser une température critique, dite de recristallisation, sans toutefois atteindre celle de la fusion. Dans ces conditions, le matériau se restaure, c'est-à-dire qu'une recristallisation s'effectue par germination et croissance de nouveaux...
  • NANOTECHNOLOGIES

    • Écrit par Claude WEISBUCH
    • 6 286 mots
    • 4 médias
    ...la propagation de fissures –, alors que les céramiques habituelles microstructurées sont cassantes, donc fragiles, ce qui limite beaucoup leur emploi. Les composites métalliques nanostructurés, quant à eux, ont des résistances mécaniques à chaud fortement améliorées, ce qui étend leur domaine d'utilisation...
  • Afficher les 9 références

Voir aussi