{"id":1541,"date":"2021-03-03T16:30:39","date_gmt":"2021-03-03T16:30:39","guid":{"rendered":"https:\/\/lyrabearing.com\/insights\/cuscinetti-in-ceramica-le-tre-cose-da-sapere-sulla-zirconia\/"},"modified":"2026-02-05T11:31:51","modified_gmt":"2026-02-05T11:31:51","slug":"roulements-en-ceramique-trois-choses-a-savoir-sur-la-zircone","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lyrabearing.com\/fr\/insights\/roulements-en-ceramique-trois-choses-a-savoir-sur-la-zircone\/","title":{"rendered":"Roulements en c\u00e9ramique: trois choses \u00e0 savoir sur la zircone"},"content":{"rendered":"

Dans cet article, nous parlerons de roulements en c\u00e9ramique, ou plus pr\u00e9cis\u00e9ment de roulements c\u00e9ramiques en zircone, en mettant l\u2019accent tout particulier sur le mat\u00e9riau dont ces roulements sont constitu\u00e9s.<\/p>\n

Mat\u00e9riaux c\u00e9ramiques \u00e0 t\u00e9nacit\u00e9 am\u00e9lior\u00e9e<\/strong><\/h2>\n

Depuis la d\u00e9couverte et le d\u00e9veloppement de la zircone stabilis\u00e9e dans les ann\u00e9es 1960, la tenacification par transformation de phase (d\u00e9crite dans l\u2019article pr\u00e9c\u00e9dent) a \u00e9t\u00e9 consid\u00e9r\u00e9e comme une propri\u00e9t\u00e9 caract\u00e9ristique de la zircone partiellement stabilis\u00e9e (PSZ), dop\u00e9e avec des oxydes tels que l\u2019yttria, la c\u00e9ria ou la magn\u00e9sie. En r\u00e9sum\u00e9, dans la PSZ, les particules ou grains de phase t\u00e9tragonale sont homog\u00e8nement dispers\u00e9s dans la phase cubique. Cette phase t\u00e9tragonale, m\u00e9tastable donc instable, se transforme en phase monoclinique lorsqu\u2019elle est soumise \u00e0 des sollicitations m\u00e9caniques excessives, ce qui d\u00e9clenche un m\u00e9canisme de tenacification du mat\u00e9riau.<\/p>\n

Par la suite, on a compris que ce ph\u00e9nom\u00e8ne pouvait \u00eatre reproduit dans d\u2019autres mat\u00e9riaux dont la matrice est constitu\u00e9e d\u2019oxydes diff\u00e9rents, comme par exemple l\u2019alumine (oxyde d\u2019aluminium), au sein de laquelle sont dispers\u00e9es des particules de zircone jouant le r\u00f4le d\u2019agent de tenacification. En d\u2019autres termes, il existe toute une famille de mat\u00e9riaux c\u00e9ramiques qui peuvent \u00eatre tenacifi\u00e9s gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019ajout de particules de zircone, via la transformation de phase (t\u00e9tragonale \u2192 monoclinique) en pr\u00e9sence de sollicitations thermo-m\u00e9caniques.<\/p>\n

Au sein de la communaut\u00e9 technique et scientifique internationale, ces mat\u00e9riaux c\u00e9ramiques tenacifi\u00e9s par la zircone sont d\u00e9sign\u00e9s par le sigle ZTC (Zirconia Toughened Ceramics), et sont parfois appel\u00e9s \u00ab aciers c\u00e9ramiques \u00bb.<\/p>\n

La principale difficult\u00e9 de leur \u00e9laboration r\u00e9side toutefois dans la capacit\u00e9 \u00e0 maintenir les particules de zircone en dessous d\u2019une taille critique, condition n\u00e9cessaire pour conserver la zircone dans sa phase t\u00e9tragonale m\u00e9tastable qui, comme expliqu\u00e9 plus haut et dans l\u2019article pr\u00e9c\u00e9dent, se transforme en phase monoclinique sous l\u2019effet des sollicitations, d\u00e9clenchant ainsi le m\u00e9canisme de tenacification.<\/p>\n

Terminologia della Zirconia<\/h3>\n

Une terminologie sp\u00e9cifique a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9e pour d\u00e9crire la zircone stabilis\u00e9e et les c\u00e9ramiques tenacifi\u00e9es par la zircone.<\/p>\n

Un mat\u00e9riau contenant des particules de phase t\u00e9tragonale dans une matrice cubique est appel\u00e9 zircone partiellement tenacifi\u00e9e, ou plus simplement PSZ (Partially Stabilized Zirconia), pr\u00e9c\u00e9d\u00e9e du pr\u00e9fixe de l\u2019\u00e9l\u00e9ment utilis\u00e9 comme agent stabilisant (par exemple Ca-PSZ, stabilis\u00e9e avec CaO, Y-PSZ, stabilis\u00e9e avec Y\u2082O\u2083, ou Mg-PSZ, stabilis\u00e9e avec MgO).<\/p>\n

Si l\u2019on ajoute une quantit\u00e9 suffisante d\u2019agent stabilisant, le mat\u00e9riau ne contient plus que la phase cubique et est appel\u00e9 zircone compl\u00e8tement stabilis\u00e9e, ou fully stabilized zirconia. Les mat\u00e9riaux qui pr\u00e9sentent uniquement la phase t\u00e9tragonale sont, quant \u00e0 eux, d\u00e9sign\u00e9s sous le nom de polycristaux de zircone t\u00e9tragonale.<\/p>\n

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Le tableau 1 pr\u00e9sente les sigles des diff\u00e9rentes variantes de c\u00e9ramiques tenacifi\u00e9es par la zircone<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Mat\u00e9riaux<\/strong><\/td>\nAbr\u00e9viation<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Zircone t\u00e9tragonale (polycristalline)<\/td>\nTZP<\/td>\n<\/tr>\n
Zircone partiellement stabilis\u00e9e<\/td>\nPSZ<\/td>\n<\/tr>\n
Zircone compl\u00e8tement stabilis\u00e9e<\/td>\nFSZ<\/td>\n<\/tr>\n
C\u00e9ramiques tenacifi\u00e9es \u00e0 la zircone<\/td>\nZTC<\/td>\n<\/tr>\n
Alumine tenacifi\u00e9e \u00e0 la zircone<\/td>\nATZ<\/td>\n<\/tr>\n
Zircone tenacifi\u00e9e par transformation de phase<\/td>\nTTZ<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Comme indiqu\u00e9 dans le tableau 2, chaque composition poss\u00e8de ses propres caract\u00e9ristiques et peut constituer la solution la plus adapt\u00e9e \u00e0 une application donn\u00e9e<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Propri\u00e9t\u00e9<\/td>\nY-TZP<\/td>\nCe-TZP<\/td>\nZTA<\/td>\nMg-PSZ<\/td>\n3Y20A<\/td>\n<\/tr>\n
Densit\u00e0 (g.cm-3)<\/td>\n6.05<\/td>\n6.15<\/td>\n4.15<\/td>\n5.75<\/td>\n5.51<\/td>\n<\/tr>\n
Durezza (HV30)<\/td>\n1350<\/td>\n900<\/td>\n1600<\/td>\n1020<\/td>\n1470<\/td>\n<\/tr>\n
R\u00e9sistance \u00e0 la flexion (MPa)<\/td>\n1000<\/td>\n350<\/td>\n500<\/td>\n800<\/td>\n2400<\/td>\n<\/tr>\n
R\u00e9sistance \u00e0 la compression (MPa)<\/td>\n2000<\/td>\n–<\/td>\n–<\/td>\n2000<\/td>\n–<\/td>\n<\/tr>\n
Module de Young (GPa)<\/td>\n205<\/td>\n215<\/td>\n380<\/td>\n205<\/td>\n260<\/td>\n<\/tr>\n
Coefficient de Poisson<\/td>\n0.3<\/td>\n–<\/td>\n–<\/td>\n0.23<\/td>\n–<\/td>\n<\/tr>\n
T\u00e9nacit\u00e9 \u00e0 la rupture (MPa.m-1\/2)<\/td>\n9.5<\/td>\n15 – 20<\/td>\n4 – 5<\/td>\n8 – 15<\/td>\n6<\/td>\n<\/tr>\n
Coeff. de dilatation thermique (x10-6 \u00b0C-1)<\/td>\n10<\/td>\n8<\/td>\n8<\/td>\n10<\/td>\n9.4<\/td>\n<\/tr>\n
Conductivit\u00e9 thermique (W.m-1.K-1)<\/td>\n2<\/td>\n2<\/td>\n23<\/td>\n1.8<\/td>\n3<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
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Pour r\u00e9sumer, on peut distinguer trois familles de mat\u00e9riaux c\u00e9ramiques tenacifi\u00e9s \u00e0 la zircone gr\u00e2ce \u00e0 la transformation de phase t\u00e9tragonale \u2192 monoclinique<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

1. C\u00e9ramiques tenacifi\u00e9es par particules dispers\u00e9es
\n<\/strong><\/p>\n

Les mat\u00e9riaux de ce type comportent une matrice (par exemple en alumine, ZTA) \u00e0 laquelle on ajoute un pourcentage d\u2019environ 15% de zircone. Dans ce cas, la stabilisation de la phase t\u00e9tragonale ne se fait pas par des oxydes dopants comme l\u2019yttria ou la chaux, mais par un traitement thermique associ\u00e9 \u00e0 un contr\u00f4le pr\u00e9cis de la taille des particules de zircone. Le traitement thermique permet de conserver la phase t\u00e9tragonale \u00e0 temp\u00e9rature ambiante, en emp\u00eachant les particules de se transformer en phase monoclinique pour des raisons de contraintes dimensionnelles. La transformation t\u00e9tragonale \u2192 monoclinique doit, bien entendu, se produire lorsque le mat\u00e9riau est soumis \u00e0 des sollicitations m\u00e9caniques en service. Ce comportement rappelle les traitements thermiques et les transformations martensitiques observ\u00e9s dans les aciers.<\/p>\n

2. Zircone partiellement stabilis\u00e9e<\/strong><\/p>\n

Zircone dop\u00e9e ou stabilis\u00e9e avec des agents tels que l\u2019oxyde d\u2019yttrium, de calcium, de magn\u00e9sium ou de c\u00e9rium. L\u2019agent dopant favorise la stabilisation de la phase t\u00e9tragonale, responsable de la tenacification du mat\u00e9riau. En g\u00e9n\u00e9ral, on obtient ainsi une matrice majoritairement cubique contenant un pourcentage de phase t\u00e9tragonale m\u00e9tastable.<\/p>\n

3. Zircone polycristalline enti\u00e8rement t\u00e9tragonale<\/strong><\/p>\n

Dans les ann\u00e9es 1970, il a \u00e9t\u00e9 montr\u00e9 que des grains inf\u00e9rieurs \u00e0 un demi-micron, avec de tr\u00e8s faibles teneurs en yttria comme agent stabilisant, permettaient d\u2019obtenir des mat\u00e9riaux dans lesquels la fraction de phase t\u00e9tragonale stabilis\u00e9e d\u00e9passait 98%. Pour b\u00e9n\u00e9ficier pleinement de l\u2019effet de tenacification, il est essentiel que la taille des grains ne d\u00e9passe pas environ 0,3 \u00b5m.<\/p>\n

Plus r\u00e9cemment, une autre famille de mat\u00e9riaux c\u00e9ramiques tenacifi\u00e9s \u00e0 base de zircone s\u2019est impos\u00e9e : les nanomat\u00e9riaux, dans lesquels il est crucial de maintenir la taille des grains en dessous d\u2019environ 110 nm afin d\u2019atteindre des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques, notamment une t\u00e9nacit\u00e9 \u00e0 la rupture, sup\u00e9rieures aux performances des mat\u00e9riaux actuels.<\/p>\n

R\u00e9sistance \u00e0 la traction de la zircone en fonction de la teneur en yttria<\/h2>\n

Un aspect fondamental dans l\u2019utilisation des mat\u00e9riaux c\u00e9ramiques est leur faible r\u00e9sistance \u00e0 la traction. Lorsqu\u2019un roulement est mont\u00e9 par frettage sur un arbre en rotation, il subit la dilatation thermique de celui-ci et se retrouve sollicit\u00e9 en traction ; si cette contrainte d\u00e9passe les limites du mat\u00e9riau, elle conduit \u00e0 la rupture.<\/p>\n

La r\u00e9sistance \u00e0 la traction de la zircone en fonction de la teneur en yttria suit une \u00e9volution similaire \u00e0 celle illustr\u00e9e par le graphique de la figure 1, avec un maximum autour de 3% en mol (teneur en pourcentage molaire) et des valeurs de r\u00e9sistance \u00e0 la traction comprises entre 600 et 800 MPa.<\/p>\n

\"Resistenza<\/p>\n

Figure 1. R\u00e9sistance \u00e0 la traction de la zircone stabilis\u00e9e en fonction de la teneur en yttria.<\/p>\n

Les\u00a0roulements<\/strong>\u00a0en oxyde de zirconium<\/h2>\n

Les propri\u00e9t\u00e9s de base des roulements en oxyde de zirconium sont les suivantes:<\/p>\n

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  • Isolation \u00e9lectrique<\/li>\n
  • Faible conductivit\u00e9 thermique<\/li>\n
  • R\u00e9sistance \u00e9lev\u00e9e \u00e0 la corrosion et aux acides, \u00e0 l\u2019exception des acides fluor\u00e9s (HF)<\/li>\n
  • Frottement moyen (HV > 1400)<\/li>\n<\/ul>\n

    R\u00e9sistance aux hautes temp\u00e9ratures:<\/p>\n

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    • Sans cage (\u00ab full complement \u00bb) : 500 \u00b0C<\/li>\n
    • Avec cage en PEEK : 300 \u00b0C<\/li>\n
    • Avec cage en PTFE : 250 \u00b0C<\/li>\n<\/ul>\n

      La figure 2 illustre un programme typique de frittage pour une pi\u00e8ce en zircone. Apr\u00e8s une premi\u00e8re rampe de chauffage plus lente, destin\u00e9e \u00e0 la combustion degli eventuali residui organici, si raggiunge la temperatura di sinterizzazione ottimale, per poi procedere a un raffreddamento controllato fino alla temperatura ambiente.<\/p>\n

      \"Programma<\/p>\n

      Figure 2. Programme de frittage de la zircone<\/p>\n

      La frittage ou cuisson permet aux particules de poudre de subir une transformation de leur arrangement \u00e0 l\u2019\u00e9tat solide, sans fusion. La migration atomique activ\u00e9e par la temp\u00e9rature permet la formation de \u00ab cols \u00bb de liaison entre les particules, qui s\u2019\u00e9paississent progressivement jusqu\u2019\u00e0 ottenere une microstructure dans laquelle les vides (pores) entre les particules sont \u00e9limin\u00e9s, donnant lieu \u00e0 un mat\u00e9riau \u00e0 tr\u00e8s haute densit\u00e9.<\/p>\n

      La figure 3 montre une zone d\u2019un composant en zircone apr\u00e8s frittage. On peut y observer la microstructure du mat\u00e9riau c\u00e9ramique, avec les grains et leurs zones de s\u00e9paration caract\u00e9ristiques, appel\u00e9es joints de grain<\/p>\n

      \"Micrografia<\/p>\n

      Figure 3. Micrographie d\u2019un composant en zircone fritt\u00e9e<\/p>\n

      Le choix des meilleurs composants passe par une connaissance approfondie des mat\u00e9riaux !<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      Dans cet article, nous parlerons de roulements en c\u00e9ramique, ou plus pr\u00e9cis\u00e9ment de roulements c\u00e9ramiques en zircone, en mettant l\u2019accent…<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":1542,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"class_list":["post-1541","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1541","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1541"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1541\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1542"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1541"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}