Science and engineering of metals and ceramics

lmapr2013  2021-2022  Louvain-la-Neuve

Science and engineering of metals and ceramics
5 crédits
30.0 h + 30.0 h
Q1
Enseignants
Langue
d'enseignement
Anglais
Thèmes abordés
Trois grands thèmes sont abordés : les solides inorganiques non-métalliques (céramiques et verres minéraux), la métallurgie physique, les procédés de mise en 'uvre des principaux métaux et alliages industriels (acier, aluminium, ').
Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :

1 Contribution du cours au référentiel du programme
Eu égard au référentiel AA du programme KIMA, cette activité contribue au développement et à l'acquisition des AA suivants :
AA1 Socle de connaissances scientifiques et techniques (AA1.1,1.3)
AA2 Compétences d'engineering (AA2.1, 2.2)
AA3 Compétences de R & D (AA3.1)
Acquis d'apprentissage spécifiques au cours
A la fin du cours, l'étudiant sera capable de/d'
AA1.1. Décrire les transformations de phase à l'état solide dans les systèmes binaires métalliques :
  • en se basant sur les principes de base de la physico-chimie, décrire les différentes étapes régissant les transformations de phase dans les systèmes binaires métalliques comme les aciers et les alliages d'aluminium ;
  • décrire les phénomènes de précipitation et de transformation de phase régis par la diffusion ;
  • donner les caractéristiques des transformations martensitiques.
AA1.1. Préciser les caractéristiques générales des matériaux métalliques d'ingénierie les plus courants :
  • utiliser les outils thermodynamiques et cinétiques décrivant les étapes de mise en 'uvre (diagramme de phase, diagramme TTT, TRC, ')
  • décrire le schéma général de mise en 'uvre des alliages d'aluminium et justifier ses utilisations principales sur base des principes physico-chimiques gouvernant l'optimisation de leurs microstructures ;
  • décrire le schéma général de mise en 'uvre des aciers, les différentes phases que les aciers peuvent présenter ainsi que le lien avec les propriétés structurales.
AA1.1. Décrire les équilibres entre phases dans les systèmes ternaires :
  • utiliser les diagrammes de phase ternaires pour la description des transformations de phase survenant lors de l'élaboration de matériaux inorganiques, en particulier les verres minéraux et les céramiques.
AA1.1. Décrire la structure des céramiques et de verres inorganiques, ainsi que les défauts ponctuels présents dans les céramiques :
  • décrire la structure des principales structures cristallines des céramiques ioniques ;
  • décrire la structure des principales structures cristallines des céramiques covalentes ;
  • décrire la structure cristallines des silicates et des verres inorganiques ;
  • préciser les défauts intrinsèques et extrinsèques pouvant exister dans les céramiques et établir le lien avec les défauts électroniques en électronique ;
  • décrire les équilibres entre plusieurs défauts simultanés
AA1.1. Préciser les mécanismes de transport de masse et de charge dans les céramiques :
  • décrire les mécanismes de diffusion dans les céramiques ;
  • décrire les mécanismes de conductivité ionique et électronique ;
  • expliquer le principe de fonctionnement de composants basés sur des céramiques techniques (varistors, thermistors) ;
  • explique le principe de fonctionnement des piles à combustible.
AA1.3, AA2.1. analyser les liens et influences des procédés de production et de mise en 'uvre des matériaux inorganiques : métaux, céramiques et verres ;
AA1.3, AA2.1 choisir adéquatement la catégorie de matériaux inorganiques adaptées à une application particulière, non seulement sur base d'un cahier des charges techniques mais également sur base de considérations socio-économiques. 
 
Contenu
  1. Equilibres de phase : rappel des systèmes binaires ; systèmes ternaires
  2. Diffusion dans les solides
  3. Céramiques et verres : - structure cristalline des céramiques - l'état vitreux et les verres minéraux - les défauts cristallins dans les céramiques - les phénomènes de transport de masse et de conductivité électrique - les équilibres de phase dans les procédés de synthèse
  4. Métallurgie physique - rappels sur les types de transformations de phase - cinétiques de transformations : diagrammes TTT - application à différents métaux et alliages (aciers, aluminium, ...)
  5. Les procédés sidérurgiques
  6. Métallurgie physique de l'aluminium et de ses alliages
Méthodes d'enseignement
Le cours est organisé autour de 12/13 cours magistraux, 4 séances d'exercices et 6 laboratoires. Les laboratoires consistent en l'observation métallographique d'échantillons métalliques. 
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants
Les étudiants seront évalués individuellement par écrit et oralement sur base des objectifs particuliers annoncés précédemment. Les modalités sont néanmoins sujettes à modification en fonction de la situation santaire en lien avec la covid-19. Un examen oral à distance sera privilégié si nécessaire. Une évaluation continue durant le semestre est possible. Celle-ci est initialement prévue comme informative. En fonction de l'évolution sanitaire liée à la Covid-19, celle-ci pourrait devenir certificative à postériori.
L'examen écrit portera d'une part sur les connaissances scientifiques et techniques abordées au cours et d'autre part sur la résolution d'un exercice lié à la description physico-chimique des transformations de phase survenant au sein des matériaux inorganiques.
Un examen séparé sera organisé à propos des laboratoires. Cet examen consistera en la reconnaissance de la structure des échantillons métalliques étudiés durant les séances de laboratoire et en la résolution de problèmes s'y rapportant. Les modalités d'organisation seront sujettes à l'évolution de la situation sanitaire.  
Cotation des travaux pratiques
Une note sera attribuée pour l'examen relatif aux laboratoires. Cette note contribuera pour 10% de la note finale du cours. Cette note sera automatiquement reportée pour les sessions de rattrapage de l'année académique. Cette pondération pourra être revue en fonction de l'évolution de la situation sanitaire.
Autres infos
Ce cours suppose acquises les notions de base du programme de bachelier relatives à la chimie et à la chimie physique. En particulier, le cours LMAPR 1805 : Introduction à la science des matériaux. 
Bibliographie
Slides and documents will be available on the dedicated Moodle page.
For Chapters I and II, the reference book is :  
Phase transformations in metals and alloys (D.A. Porter & K.E. Easterling, Taylor & Francis, ISBN:0-7487-5741-4).
For Chapters III to VI, the reference book is «Physical Ceramics : Principles for Ceramic Science and Engineering » (Y-M Chiang, D. Birnie, W.D. Kingery) Wiley (ISBN 0-471-59873-9).  
Faculté ou entité
en charge


Programmes / formations proposant cette unité d'enseignement (UE)

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master [120] : ingénieur civil en chimie et science des matériaux

Master [120] : ingénieur civil biomédical

Master [120] : bioingénieur en chimie et bioindustries