C6 | Les céramiques

Que signifie le terme « céramique » ?

Il vient du grec keramos, signifiant « argile, terre à potier »

Quels sont les deux états structuraux possibles des céramiques ?

Cristallisé (ordonné) ou amorphe (vitreux)

Quels types de liaisons assurent la cohésion des céramiques ?

Les liaisons ioniques et/ou covalentes

Qu’est-ce qu’une liaison covalente ?

Un partage d’électrons de valence entre deux atomes

Quelle est la particularité géométrique d’une liaison covalente ?

Elle est directionnelle

Qu’est-ce qu’une liaison ionique ?

Une attraction électrostatique entre ions de charges opposées après transfert d’électrons

Quelle est la particularité géométrique d’une liaison ionique ?

Elle est non directionnelle

Qu’est-ce qui renforce une liaison ionique ?

Une différence d’électronégativité importante

Les céramiques sont-elles toujours entièrement ioniques ou covalentes ?

Non, les deux caractères coexistent souvent

Pourquoi les céramiques conduisent-elles peu l’électricité ?

Leurs électrons sont localisés dans les liaisons ioniques ou covalentes

Pourquoi les céramiques ont-elles une faible conductivité thermique selon le cours ?

Leurs électrons sont piégés dans les liaisons

Quelle est la structure des céramiques ioniques ?

Elles sont toujours cristallisées

Quelle est la structure des céramiques covalentes ?

Elles peuvent être cristallisées ou amorphes

Quelle est la différence structurale entre le quartz et le verre ?

Le quartz possède un réseau ordonné, contrairement au verre amorphe

Quelles sont les principales familles chimiques de céramiques ?

Oxydes, carbures, nitrures, borures, verres et aluminosilicates

Que sont les céramiques traditionnelles ?

Des matériaux principalement à base d’argiles et d’aluminosilicates

Quelle est la principale matière première des céramiques traditionnelles ?

Le kaolin

Que sont les céramiques techniques ?

Des céramiques élaborées pour des propriétés spécifiques, notamment mécaniques, biomédicales ou électroniques

Quelles céramiques techniques sont particulièrement utilisées en biomatériaux ?

L’alumine (Al₂O₃) et la zircone (ZrO₂)

Qu’est-ce que la céramisation ?

La transformation irréversible d’un matériau par cuisson à température élevée

Pourquoi l’argile simplement séchée n’est-elle pas une céramique ?

Sa déshydratation est réversible

Quel est l’effet de la cuisson sur l’argile ?

Elle fixe irréversiblement sa forme

Qu’est-ce que le frittage ?

La consolidation d’une poudre compactée en un solide polycristallin

À quelle température réalise-t-on généralement le frittage ?

Environ deux tiers de la température de fusion

Quel phénomène permet la soudure des particules pendant le frittage ?

La diffusion atomique

Comment les particules se soudent-elles pendant le frittage ?

Par formation de cols qui s’élargissent progressivement

Quel est l’effet du frittage sur l’énergie de surface ?

Elle diminue

Quel est l’effet du frittage sur la densité du matériau ?

Elle augmente

Pourquoi la densification après frittage est-elle rarement complète ?

Des porosités résiduelles persistent

Qu’est-ce que la porosité d’une céramique ?

La présence de petites cavités dans le matériau

Quel est l’effet d’une porosité élevée sur la résistance mécanique ?

Elle diminue la résistance et favorise la propagation des fissures

Qu’est-ce que la ductilité ?

La capacité d’un matériau à subir une déformation plastique avant rupture

Quel phénomène cristallin permet la déformation plastique ?

Le déplacement des dislocations

Pourquoi les céramiques sont-elles généralement fragiles ?

Leurs dislocations sont très peu mobiles

Pourquoi les dislocations se déplacent-elles difficilement dans les céramiques covalentes ?

Les liaisons fortement directionnelles s’opposent au glissement

Dans un métal, les dislocations glissent sur les plans de densité atomique, car ce sont les plus faciles à faire glisser. Dans une céramique ionique, ce n’est pas la densité atomique qui compte mais la ___

plus grande - préservation des charges opposée

Pourquoi les dislocations se déplacent-elles difficilement dans les céramiques ioniques ?

Le glissement doit préserver l’équilibre électrostatique

Quelle contrainte est élevée dans les céramiques ioniques ?

La contrainte de cisaillement nécessaire au déplacement des dislocations

Pourquoi les céramiques peuvent-elles rompre avant de se déformer ?

La contrainte nécessaire au glissement dépasse celle provoquant la fracture

Quelle condition doit respecter une dislocation dans une céramique ionique ?

Maintenir la compensation des charges par deux demi-plans de signes opposés

Que sont les céramiques snaturelles ?

les tissus durs de l’organisme (os, dents), qu’on qualifie de composites céramique-polymère

De quoi sont-ils constitués ?

ces tissus sont constitués de fibres de polymères organiques + minéral + cellules vivantes

Quel est le principal minéral des tissus dentaires et osseux ?

L’hydroxyapatite

Quelle est la formule de l’hydroxyapatite ?

Ca₅(PO₄)₃OH

Pourquoi l’émail se rapproche-t-il d’une céramique pure ?

Sa phase minérale est très importante et sa phase organique très faible

Sur quel critère repose la classification fondamentale des céramiques ?

La nature des liaisons chimiques

Quels éléments constituent généralement une céramique ionique ?

Un métal et un non-métal

Quels éléments constituent généralement une céramique covalente ?

Deux non-métaux ou un élément pur

Quel est le principe de stabilité d’un cristal ionique ?

Rapprocher les ions de charges opposées en évitant le contact entre ions de même charge

Les ions adoptent un empilement …

Dense

Un cristal est stable lorsque…

les anions qui entourent un cation sont en contact avec lui : si le cation est trop petit par rapport aux anions, la structure est instable.

Quels facteurs déterminent la compacité d’un cristal ionique ?

le rapport du nombre d’anions sur le nombre de cations, fixé par la formule chimique (électriquement neutre)

le rapport des diamètres cation/anion qui détermine la compacité maximale possible et la coordinence.

Qu’est-ce que la coordinence d’un cation ?

Le nombre d’anions qui l’entourent

Quelle géométrie correspond à une coordinence de 4 ?

Tétraédrique

Quelle géométrie correspond à une coordinence de 6 ?

Octaédrique

Quelle géométrie correspond à une coordinence de 8 ?

Cubique

Quelle est la coordinence du NaCl ?

6, de géométrie octaédrique

Quelle est la structure cristalline des ions Cl⁻ dans NaCl ?

Cubique à faces centrées (CFC)

Quels sites occupent les ions Na⁺ dans NaCl ?

Les sites octaédriques

Combien de motifs NaCl contient une maille ?

4 motifs, soit 4 Na⁺ et 4 Cl⁻

Quelle est la coordinence du TiO₂ ?

6, octaédrique

Quelles sont les trois formes cristallines du TiO₂ ?

Rutile, anatase et brookite

Quelle est la structure cristalline du rutile ?

Quadratique simple

Quelle est la structure cristalline de l’anatase ?

Quadratique centrée

Quelle est la structure cristalline de la brookite ?

Orthorhombique

Quelle forme du TiO₂ est majoritaire à la surface des implants dentaires ?

Le rutile

Pourquoi le rutile est-il intéressant sur les implants dentaires ?

Il favorise une bonne réponse des cellules osseuses

Pourquoi les céramiques covalentes sont-elles peu compactes ?

Leurs liaisons directionnelles imposent des organisations géométriques particulières

Quelles organisations peuvent former les réseaux covalents ?

Des chaînes, des feuillets ou des réseaux tridimensionnels

Qu’est-ce que le polymorphisme ?

La possibilité pour une même composition chimique d’adopter plusieurs structures

Quelles sont les principales formes structurales du carbone ?

Diamant, graphite, fullerènes et nanotubes

Quelle est la structure cristalline du diamant ?

Cubique

Quelle est la structure cristalline du graphite ?

Hexagonale

Quel est le motif de base de la silice et des silicates ?

Le tétraèdre SiO₄

Quelle est la formule chimique de la silice ?

SiO₂

Quelle est la structure du quartz ?

Cristalline hexagonale

Quelle est la structure de la cristobalite ?

Cristalline cubique

Quelle est la structure du verre de silice ?

Amorphe

Quel est le rôle des oxydes modificateurs de réseau dans les verres ?

Favoriser la vitrification en augmentant le désordre

Quel est l’effet des oxydes modificateurs sur la température de fusion ?

Ils l’abaissent

Quel est l’effet des oxydes modificateurs sur la cristallisation ?

Ils la défavorisent

Que sont les silicates ?

Des composés dérivés de la silice associée à des oxydes métalliques

Quel facteur détermine la structure des silicates ?

Le rapport molaire oxyde métallique/SiO₂

Quelles structures peuvent adopter les silicates ?

Chaînes simples, chaînes doubles, feuillets ou réseaux tridimensionnels

Comment appelle-t-on les silicates organisés en feuillets ?

Les phyllosilicates

Comment appelle-t-on les silicates organisés en réseaux tridimensionnels ?

Les tectosilicates

Pourquoi l’argile est-elle malléable ?

L’eau peut s’insérer entre ses feuillets et y rester piégée

Que sont les céramiques feldspathiques dentaires ?

Des céramiques traditionnelles à matrice vitreuse contenant des charges cristallines

Quel est le rôle de la matrice vitreuse des céramiques feldspathiques ?

Apporter transparence et esthétique

Quel est le rôle des charges cristallines des céramiques feldspathiques ?

Augmenter la résistance mécanique

Quelle est la principale fonction clinique des céramiques feldspathiques ?

Le revêtement esthétique des restaurations dentaires

Quelle proportion de verres aluminosilicates alcalins contient une céramique feldspathique traditionnelle ?

Environ 80 %

Quelle proportion de quartz contient une céramique feldspathique traditionnelle ?

Environ 15 %

Quelle proportion de kaolin contient une céramique feldspathique traditionnelle ?

Environ 5 %

Quel est le rôle des plastifiants hydrosolubles dans les poudres feldspathiques ?

Faciliter leur mise en forme

Pourquoi les céramiques feldspathiques classiques nécessitent-elles souvent une chape ?

Elles sont trop fragiles pour supporter seules les contraintes

Quels matériaux peuvent constituer la chape d’une couronne céramique ?

Un métal ou une céramique technique comme la zircone

Quel est l’intérêt esthétique d’une chape en zircone ?

Elle évite la coloration sombre d’une armature métallique

Quel est l’effet d’une forte teneur en leucite ?

Une meilleure résistance mécanique

Quel est l’effet de la leucite sur la dilatation thermique ?

Elle augmente le coefficient de dilatation thermique