Béryllium – Propriétés – Prix – Applications – Production

À propos du Béryllium

Le béryllium est un métal dur et grisâtre naturellement présent dans les roches minérales, le charbon, le sol et la poussière volcanique. L’utilisation commerciale du béryllium nécessite l’utilisation d’un équipement de contrôle de la poussière approprié et de contrôles industriels en tout temps en raison de la toxicité des poussières contenant du béryllium inhalées qui peuvent provoquer une maladie allergique chronique potentiellement mortelle chez certaines personnes appelée bérylliose. Le béryllium a une grande section efficace de diffusion pour les neutrons de haute énergie, environ 6 granges pour les énergies supérieures à environ 10 keV. Par conséquent, il fonctionne comme un réflecteur de neutrons et un modérateur de neutrons, ralentissant efficacement les neutrons à l’énergie thermique. Étant donné que le bérylium a une énergie de seuil très faible pour l’émission de neutrons, il peut être utilisé comme source de neutrons dans les réacteurs nucléaires. La source Sb-Be est basée sur la réaction (γ,n) (c’est-à-dire qu’elle émet des photoneutrons).

Résumé

Élément	Béryllium
Numéro atomique	4
Catégorie d’élément	Métal alcalino-terreux
Phase à STP	Solide
Densité	1,848 g/cm3
Résistance à la traction ultime	345 MPa
Limite d’élasticité	N / A
Module de Young	287 GPa
Échelle de Mohs	5,5
Dureté Brinell	600 MPa
Dureté Vickers	1670 MPa
Point de fusion	1278 °C
Point d’ébullition	2469°C
Conductivité thermique	200W/mK
Coefficient de dilatation thermique	11,3 µm/mK
Chaleur spécifique	1,82 J/g·K
Température de fusion	12,2 kJ/mol
Chaleur de vaporisation	292,4 kJ/mol
Résistivité électrique [nanoohmmètre]	36
Susceptibilité magnétique	−9.0e-6 cm^3/mol

Applications du Béryllium

Le bérylium peut être utilisé comme agent d’alliage dans la production de béryllium-cuivre, les diagnostics de détection par rayons X, la fabrication de périphériques informatiques, dans les réacteurs nucléaires comme modérateurs et réflecteurs de neutrons. 80% du béryllium utilisé va dans les alliages cuivre béryllium. La combinaison d’un poids léger et d’une résistance élevée à des températures extrêmes rend les alliages de béryllium métal et aluminium béryllium idéaux pour une utilisation dans des applications aérospatiales hautes performances telles que les composants de fusées. La transparence aux rayons X rend le métal béryllium pur essentiel dans les équipements de sécurité et les technologies d’imagerie médicale à haute résolution, telles que la mammographie pour détecter le cancer du sein. Le cuivre au béryllium est le plus dur et le plus résistant de tous les alliages de cuivre (UTS jusqu’à 1 400 MPa), à l’état entièrement traité thermiquement et travaillé à froid.

 

 

Production et prix du Béryllium

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du Béryllium pur se situaient autour de 5300 $/kg.

La teneur en béryllium de la croûte terrestre est de 2,6 ppm. C’est l’un des éléments les plus toxiques, causant ainsi des dommages aux poumons humains et à d’autres organismes. On le trouve dans pas moins de 30 minéraux différents. Le béryllium est le plus souvent extrait du béryl minéral, qui est soit fritté à l’aide d’un agent d’extraction, soit fondu dans un mélange soluble. Le processus de frittage consiste à mélanger du béryl avec du fluorosilicate de sodium et de la soude à 770°C (1 420°F) pour former du fluorobéryllate de sodium, de l’oxyde d’aluminium et du dioxyde de silicium. Le béryllium peut également être facilement recyclé à partir d’alliages de rebut. Cependant, la quantité de matériaux recyclés est variable et limitée en raison de son utilisation dans les technologies dispersives, telles que l’électronique.

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Béryllium

Force du Béryllium

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Béryllium

La résistance à la traction ultime du béryllium est de 345 MPa.

Limite d’élasticité du Béryllium

La limite d’élasticité du béryllium est N/A.

Module de Young du Béryllium

Le module de Young du béryllium est de 287 GPa.

Dureté du Béryllium

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à  l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du béryllium est d’environ 600 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du béryllium est d’environ 1670 MPa.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’ échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

Le béryllium a une dureté d’environ 5,5.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Béryllium – Structure cristalline

Une structure cristalline possible du Béryllium est une structure hexagonale compacte.

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline du Béryllium

Propriétés thermiques du Béryllium

Béryllium – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du Béryllium est de 1278°C.

Le point d’ébullition du Béryllium est de 2469°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Béryllium – Conductivité thermique

La conductivité thermique du Béryllium est de 200 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Béryllium

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du béryllium est de 11,3 µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Béryllium – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du béryllium est de 1,82 J/g K.

La capacité calorifique  est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion du béryllium est de 12,2 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du béryllium est de 292,4 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces attractives intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Béryllium – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique du Béryllium

La résistivité électrique du Béryllium est de 36 nΩ⋅m.

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la manière dont le béryllium conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique du Béryllium

La susceptibilité magnétique du Béryllium est de −9.0e-6 cm^3/mol.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du béryllium en réponse à un champ magnétique appliqué.