Frittage - Définition

Introduction

Une pièce de métal fritté.

Le frittage est un procédé de fabrication de pièces consistant à chauffer une poudre sans la mener jusqu’à la fusion. Sous l'effet de la chaleur, les grains se soudent entre eux, ce qui forme la cohésion de la pièce. Le cas le plus connu est celui de la cuisson des poteries.

Au XXI^e siècle, le frittage est utilisé pour obtenir la densification de matériaux céramiques :

• Il permet de maîtriser la densité de la matière ; comme on part d'une poudre et que celle-ci ne fond pas, on peut maîtriser la taille des grains de poudre (granulométrie) et la densité du matériau, selon le degré de compactage initial des poudres et/ou l'utilisation de dopants, et/ou l'adjonction de liants...
• Il permet d'obtenir des matériaux durs mais fragiles, à porosité contrôlée, inertes chimiquement (faible réactivité chimique et bonne tenue aux corrosions) et thermiquement.
• Il permet de maîtriser les dimensions des pièces produites : comme il n'y a pas de changement d'état, les variations de volume, de dimensions, sont peu importantes par rapport à la fusion (phénomène de retrait).

Définitions techniques

Bien qu'il n'existe pas de définition du frittage faisant l’unanimité, il peut être décrit comme une consolidation d'un matériau (par exemple une poudre), obtenue en minimisant l’énergie du système grâce à un apport d’énergie (thermique, mécanique, avec un laser, ...) mais sans fusion d’au moins l’un des constituants.

Nota : ne pas confondre frittage et frettage (assemblage de deux pièces grâce à un ajustement serré).

Par exemple, la cuisson des poteries est un frittage. Le frittage est une des meilleures méthodes pour obtenir des céramiques et des prototypes de pièces mécaniques.

Voici deux définitions plus précises du frittage :

« Le frittage est un processus faisant évoluer par traitement thermique un système constitué de particules individuelles (ou un aggloméré poreux), en l’absence de pression externe exercée ou sous l’effet d’une telle pression, de sorte qu’au moins certaines des propriétés du système (sinon toutes) soient modifiées dans le sens d’une réduction de l’énergie libre globale du système. Parallèlement, cette évolution entraîne une diminution importante (sinon complète) de la porosité initiale. Enfin, le processus suppose qu’au moins une phase solide existe constamment pendant tout le traitement thermique, de façon à conserver une certaine stabilité de forme et de dimension au système considéré. »

G. Cizeron, Institut de céramique française

et

« Le frittage est la consolidation par action de la chaleur d’un agglomérat granulaire plus ou moins compact, avec ou sans fusion d’un ou de plusieurs de ses constituants ».

définition proposée lors d’une série de conférences prononcées en 1968 à l’Institut de Céramique Française et à l’École Nationale Supérieure de Céramique Industrielle de Sèvres

À la lecture des différentes définitions, on remarque que deux types de frittages existent:

• le « frittage en phase solide » si tous les constituants restent en phase solide,
• le « frittage en phase liquide » si au moins l’un des constituants est en phase liquide et l’un au moins reste en phase solide.