Les propriétés physico-chimiques d'un matériau font référence à ses attributs inhérents manifestés sous l'action physique et chimique, qui déterminent ses caractéristiques essentielles. La performance de traitement (ou performance technologique) fait référence à la capacité d'un matériau à s'adapter à diverses méthodes de traitement et de fabrication, influençant directement la fabricabilité et le coût des produits.
Les propriétés physico-chimiques sont inhérentes au matériau lui-même et indépendantes du traitement. Elles sont principalement classées en propriétés physiques et propriétés chimiques.
Celles-ci reflètent la réponse du matériau aux actions physiques (par exemple, force, chaleur, lumière, électricité, magnétisme) et servent de base fondamentale pour la sélection des matériaux.
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Propriétés thermiques: Caractéristiques liées aux changements de température
- Point de fusion/Point de solidification: La température à laquelle un matériau passe de l'état solide à l'état liquide (ou vice versa). Par exemple, le point de fusion de l'acier est d'environ 1538°C, ce qui définit la plage de température pour son travail à chaud.
- Conductivité thermique: La capacité du matériau à transférer la chaleur. Le cuivre a une conductivité thermique élevée (~401 W/(m·K)) et convient aux composants dissipant la chaleur ; le coton isolant thermique a une faible conductivité thermique et est utilisé pour l'isolation thermique.
- Coefficient de dilatation thermique: Le taux de changement dimensionnel d'un matériau avec la température. Par exemple, les coefficients de dilatation thermique du verre et du métal doivent correspondre pour éviter les fissures lors de l'emballage.
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Propriétés électriques: La réponse du matériau au courant électrique
- Résistivité: Mesure la conductivité du matériau (faible résistivité pour les conducteurs comme le cuivre ; haute résistivité pour les isolants comme le caoutchouc ; résistivité intermédiaire pour les semi-conducteurs comme le silicium).
- Constante diélectrique: Caractérise la capacité du matériau à stocker l'énergie électrique, utilisée pour la sélection des condensateurs et des matériaux isolants (par exemple, les céramiques ont une constante diélectrique élevée et conviennent aux condensateurs haute fréquence).
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Propriétés optiques: L'interaction entre le matériau et la lumière
- Transmission de la lumière: La proportion de lumière transmise à travers le matériau (par exemple, le verre a une transmission >80% pour les fenêtres ; les films plastiques ont une transmission réglable pour les serres agricoles).
- Réflectivité/Absorptivité: Les miroirs ont une réflectivité élevée, tandis que les revêtements sur les panneaux solaires ont une absorptivité élevée pour améliorer l'efficacité de la conversion photoélectrique.
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Propriétés magnétiques: La réponse du matériau aux champs magnétiques
- Types magnétiques: Classés comme ferromagnétiques (par exemple, fer, nickel, attirables par les aimants), paramagnétiques (par exemple, aluminium, faiblement attirables) et diamagnétiques (par exemple, cuivre, faiblement répulsifs), utilisés dans les moteurs et les dispositifs de stockage magnétique.
Celles-ci reflètent la stabilité du matériau dans les environnements chimiques, c'est-à-dire sa capacité à résister à la corrosion, à l'oxydation et aux réactions chimiques.
- Résistance à la corrosion: La capacité du matériau à résister à l'érosion par des milieux chimiques tels que les acides, les alcalis et les solutions salines (par exemple, l'acier inoxydable résiste à la corrosion atmosphérique ; les alliages de titane résistent à la corrosion de l'eau de mer et sont utilisés dans les composants de navires).
- Résistance à l'oxydation: La capacité du matériau à résister à la réaction avec l'oxygène à des températures élevées ou ambiantes (par exemple, les superalliages résistent à l'oxydation dans les moteurs pour éviter l'écaillage de surface).
- Stabilité chimique: La caractéristique du matériau de ne pas réagir avec les substances en contact (par exemple, le polytétrafluoroéthylène, connu sous le nom de "résistant à tous les produits chimiques", est utilisé comme revêtement pour les pipelines chimiques).
La performance de traitement fait référence à la capacité d'un matériau à s'adapter aux processus de fabrication. Elle détermine directement "si le traitement est possible", "la difficulté de traitement" et "le taux de rendement", et est une considération clé pour la sélection des matériaux dans la production industrielle.
Les deux interagissent et déterminent conjointement les scénarios d'application du matériau :
- Les propriétés physico-chimiques définissent la limite supérieure de la performance de traitement: Par exemple, les matériaux à point de fusion élevé (par exemple, le tungstène, point de fusion 3422°C) sont difficiles à couler (nécessitant des températures extrêmement élevées) et ne peuvent être traités que par métallurgie des poudres ; les matériaux fragiles (par exemple, les céramiques) ont de mauvaises performances de traitement par déformation et ne peuvent être formés que par frittage.
- La performance de traitement affecte la réalisation des propriétés physico-chimiques: Par exemple, le traitement thermique peut modifier la structure interne d'un matériau, ajustant ainsi ses propriétés mécaniques (par exemple, l'acier 45 présente une dureté et une résistance accrues, avec une plasticité légèrement réduite, après trempe et revenu) ; la vitesse de refroidissement pendant le moulage affecte la taille des grains des pièces moulées, ce qui modifie à son tour leur résistance à la traction et leur résistance à la corrosion.
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