La zircone, ou oxyde de zirconium, présentée dans les deux articles consacrés aux matériaux des roulements en céramique et au renforcement de la ténacité qui améliore les propriétés mécaniques des roulements, fait partie de la grande famille des céramiques oxydes.
Les céramiques avancées non oxydes les plus utilisées dans le domaine des applications mécaniques, en particulier pour les roulements en céramique, sont le nitrure de silicium, le carbure de silicium et les SiAlON. En règle générale, la famille des matériaux céramiques contenant du C, du B, du N et du Si regroupe les matériaux les plus durs actuellement connus (le carbone sous forme de diamant, le nitrure de bore sous forme cubique et le carbure de silicium). Malgré les propriétés mécaniques extraordinaires de ces matériaux, la difficulté de leur frittage pour l’obtention de composants a retardé leurs applications industrielles. Grâce aux progrès réalisés dans le domaine des techniques de frittage assisté, appuyées par des agents chimiques qui en facilitent l’élaboration tout en réduisant les coûts, certains de ces matériaux céramiques non oxydes comptent aujourd’hui parmi les plus utilisés pour la fabrication de composants de roulements en céramique.
Carbone : Propriétés et applications du graphène pour les roulements full céramique
Le carbone se présente dans la nature sous différentes formes, notamment le diamant, le graphite, le graphène et d’autres allotropes. Le graphène, en particulier, constitué d’une seule couche d’atomes de carbone, est un matériau qui, ces dernières années, a trouvé des applications dans de nombreux domaines technologiques, y compris les roulements. Le graphène et son potentiel tribologique en tant que lubrifiant restent relativement peu explorés, avec quelques études portant sur son utilisation comme solide autolubrifiant ou comme additif pour les huiles lubrifiantes. En tant que matériau bidimensionnel, le graphène offre des propriétés de frottement et d’usure uniques, généralement absentes des matériaux conventionnels.
En plus de ses propriétés thermiques, électriques, optiques et mécaniques bien établies, le graphène peut servir de lubrifiant liquide ou colloïdal pour les roulements et peut également être appliqué sous forme de flocons à la surface. Comme le graphène est ultrafin, même en présence de plusieurs couches, il peut être appliqué à des systèmes soumis à des contacts oscillants, rotatifs ou glissants afin de réduire le frottement et l’usure, tout en protégeant les roulements de la corrosion lorsqu’ils sont exposés à l’eau, un phénomène communément appelé tribo-corrosion.
Cela est dû au fait que le graphène présente une texture « glissante », ce qui pourrait potentiellement en faire un lubrifiant excellent. Les recherches montrent qu’un faible nombre de couches de graphène permet non seulement de réduire le frottement de l’acier par un facteur de sept, mais aussi l’usure par un facteur de 10 000, tout en diminuant la tribo-corrosion. Une fois pleinement développées, ces nouvelles options de lubrification pourraient avoir des effets positifs sur de nombreuses applications et entraîner d’importantes économies d’énergie.
Carbure de silicium
Les carbures en général (carbure de silicium, carbure de bore) sont des matériaux à haut point de fusion, à grande stabilité et dureté, dotés d’une bonne conductivité électrique, d’une excellente résistance aux chocs thermiques et sont utilisés principalement comme abrasifs. Malheureusement, un point faible important du carbure de silicium est sa forte tendance à l’oxydation, ce phénomène entraînant la transformation du matériau en autres phases qui finissent par le dégrader. Il présente deux structures cristallines caractéristiques : une structure hexagonale dite phase alpha et une structure cubique dite phase bêta. Applications dans les roulements : dans des conditions extrêmes et des environnements très spécifiques, par exemple à très haute température (il est recommandé d’utiliser une série à billes à plein remplissage / Full Ball Complement) et en présence de forte corrosion chimique (il est recommandé d’utiliser une cage en PTFE), ces roulements offrent une durée de vie plus longue, leur dureté pouvant atteindre l’équivalent d’environ HRC 90.
Carbure de bore
Le carbure de bore (B₄C), également connu sous le nom de diamant noir, est le troisième matériau le plus dur après le diamant et le nitrure de bore cubique. Sa dureté exceptionnelle en fait une poudre abrasive adaptée au rodage, au polissage et à la découpe par jet d’eau de métaux et de céramiques. La combinaison d’une faible densité, d’une très grande dureté et d’une ténacité suffisante en fait aussi un matériau de choix pour le blindage des gilets et des véhicules. Le carbure de bore est également largement utilisé comme barres de contrôle, matériau de blindage et détecteur de neutrons dans les réacteurs nucléaires, en raison de sa capacité à absorber les neutrons sans former de radionucléides à longue durée de vie. Dans le domaine des roulements, l’utilisation de ce matériau est encore émergente : ses performances doivent être évaluées plus en détail sur le terrain avant d’envisager une adoption à grande échelle.
