TEMPÉRATURES PHYSICO-CHIMIE DES HAUTES

Élaboration des matériaux

Les matériaux les plus divers, par leur nature ou par leurs usages, qu'ils soient réfractaires ou non, sont élaborés à haute température : aciers, ciments, verre, abrasifs, porcelaine. Quelques techniques de haute température sont très employées : la fusion, le frittage ; d'autres ne le sont que dans des cas particuliers : le dépôt sur front chaud, la projection au chalumeau. Elles résultent toutes d'une maîtrise des moyens de production des hautes températures, et d'une connaissance des équilibres et des réactions entre les différents composés chimiques.

Par fusion, on élabore les alliages métalliques, les verres et certains matériaux céramiques – cristallisés et réfractaires – électrofondus, comme le « corhard », à base de zircone, qui est utilisé dans l'industrie chimique et dont on sait faire des pièces de plusieurs centaines de kilogrammes.

Le frittage permet d'agglomérer des poudres et d'obtenir des produits compacts, denses et durs, sans avoir à les chauffer jusqu'à la fusion. Il est employé pour mettre en forme le tungstène et le molybdène et tous les produits céramiques : porcelaines pour le sanitaire, céramiques diélectriques pour l'électronique, ferrites magnétiques pour l'électrotechnique. Les poudres, mélangées éventuellement à un liant, sont pressées sous forme d'ébauches qui sont relativement compactes mais tendres ; ces pièces sont alors usinées avant le frittage (cf. métallurgie despoudres). Les températures de frittage sont généralement supérieures aux deux tiers de la température de fusion, mais doivent être toujours supérieures à la température d'utilisation du matériau.

Le carbone ne peut être ni fondu, ni fritté. On réalise des pièces de ce matériau, graphité ou non, par cuisson de produits à forte teneur en carbone, contenant des liants organiques, qui se décomposent en ne laissant que du carbone. Par traitement à 2 500-3 000 ⁰C, le carbone cristallise sous forme de graphite, très utilisé en électrotechnique (« charbons » de moteurs, électrodes de fours à arc) et dans l'industrie nucléaire, qui, en exigeant un matériau ultrapur, fit faire des progrès considérables à la technologie du graphite.

On sait mettre le carbone, graphité ou non, sous des formes très variées ; le graphite expansé peut être dix fois plus léger que l'eau et garder une très grande élasticité jusqu'aux hautes températures ; le graphite pyrolitique (ou pyrocarbone) est cent fois moins conducteur de la chaleur dans une direction que suivant les autres, où il est aussi bon conducteur que certains métaux ; les fibres de carbone ont un très grand module d'élasticité et servent à renforcer des matériaux composites légers ; le feutre de carbone est un excellent isolant thermique que l'on peut utiliser jusqu'à plus de 2 000 ⁰C ; le carbone vitreux, léger et rigoureusement étanche, peut, dans certaines conditions, remplacer le platine dans l'industrie chimique.

Le dépôt sur front chaud, qui permet d'obtenir le pyrocarbone, est une méthode relativement ancienne, due à A. E.  Van Arkel, et qui entre dans la fabrication des filaments de tungstène des lampes d'éclairage : un composé de tungstène, en phase vapeur, se dissocie sur la surface d'un fil métallique chauffé et y laisse un dépôt de tungstène. Cette technique a été appliquée à la fabrication de fibres de carbure de silicium, de bore et de carbone, toutes destinées à la réalisation de matériaux composites.

La projection au chalumeau est une sorte de peinture au pistolet ; utilisée pour le cuivrage, avec un chalumeau oxyacétylénique, elle a été adaptée, avec des chalumeaux à plasma, à des matériaux très réfractaires, comme le tungstène et l'alumine. Grâce au jet de ces derniers chalumeaux, où la température[...]