• Pré-requis et Objectifs
• Cours
  • Contenu
    • 1 - Introduction
    • 2 - Les liaisons atomiques
      • 2.1 - La molécule
      • 2.2 - Origine des liaisons interatomiques
      • 2.3 - Type de liaisons
      • 2.4 - Les liaisons chimiques
      • 2.5 - Les liaisons physiques
    • 3 - Arrangement structural des solides cristallins
      • 3.1 - Le cristal parfait
        • 3 . 1 . 1 - Le réseau cristallin
        • 3 . 1 . 2 - Structure cristalline
      • 3.2 - Formation des solides
      • 3.3 - Le cristal réel
    • 4 - Structure des métaux
      • 4.1 - Généralités
      • 4.2 - Solidification des métaux
    • 5 - Structure des alliages
      • 5.1 - Généralités
      • 5.2 - Solutions solides d’insertion
      • 5.3 - Solutions solides de substitution
    • 6 - Structure des céramiques
      • 6.1 - Introduction
      • 6.2 - Céramique – le matériau
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6  -  Structure des céramiques

6 . 1  -  Introduction

Les céramiques sont un peu plus complexes que les structures métalliques. Elles sont composées d’éléments métalliques et de substances non métalliques tels que des oxydes, des nitrides et des silicates. Elles peuvent apparaître soit comme des solides cristallins, soit comme des solides amorphes, ce dernier groupe étant appelé des verres ou encore être une combinaison de cristaux et de verres. La cohésion de celles-ci est assurée par des liaisons ioniques ou covalentes. Par conséquent, ce sont des matériaux durs, résistants à l’usure et fragiles.

Dans les céramiques, les ions chargés négativement (anions) sont souvent différents en taille des ions chargés positivement (cations). 

Il y a beaucoup d’applications des céramiques en dentisterie : elles sont utilisées comme charges dans les résines composites, dans les verres ionomères et dans les céramiques de restaurations (inlays, onlays, coiffe, …).

6 . 2  -  Céramique – le matériau

La silice (SiO ₂) forme la base de beaucoup de céramiques. Bien qu’elle ait une formule chimique simple, c’est un matériau polyvalent qui peut exister sous différentes formes. L’unité de base de la silice est (SiO₄)^4-, tétraèdre régulier : un ion Si⁴⁺ est entouré de quatre ions O^2- (Figure 32).

Ce solide doit néanmoins rester électriquement neutre et pour cela, le nombre de charges positives des cations Si⁴⁺ doit être égal au nombre de charges négatives des anions O^2- . Par conséquent, il faut deux fois plus d’ions oxygène que d’ions silicium. Un ion oxygène sera donc partagé entre deux tétraèdres unis par leur sommets. L’arrangement spatial peut prendre plusieurs formes et notamment le quartz, hexagonal et la cristobalite –ß, cubique.

Figure 32 : Représentation schématique du tétraèdre de silice (SiO4)4-

Elle est sous forme cristalline dans le quartz, la crystobalite et la tridymite (Figure 33a), ou sous forme de verre (ou amorphe) comme dans les verres de silice (Figure 33b). La capacité d’un composé comme la silice à exister sous différentes formes ayant des caractéristiques distinctes différentes est appelée polymorphisme.

Figure 33 : Représentation bidimensionnelles de la silice

(a) cristalline – (b) amorphe (ou vitreuse)

La silice est utilisée comme base dans la formulation de beaucoup de céramiques, particulièrement en combinaison avec l’oxyde d’aluminium avec lequel elle forme les verres d’aluminosilicates, tels qu’utilisés dans les verres ionomères. De façon similaire, les verres feldspathiques sont utilisés dans les céramiques de restaurations, et sont des composés contenant des oxydes d’aluminium et de silicium en combinaison avec le potassium, le sodium ou le calcium (ex. NaAlSi₃O₈).

Les silicates ont une structure dérivée de celle de la silice : c’est la même unité de base mais des ions métalliques tels que le Mg par exemple viennent se lier aux tétraèdres de silice en leur cédant des électrons.Dans le Mg₂SiO₄, les tétraèdres (SiO₄)^4- sont liés par l’intermédiaire d’ions Mg²⁺ . Il y a un grand nombre de silicates de structures et de compositions variées mais l’unité de base est toujours le (SiO₄)^4-.