Cérium – Propriétés – Prix – Applications – Production

À propos du Cérium

Le cérium est un métal mou, ductile et blanc argenté qui ternit lorsqu’il est exposé à l’air, et il est suffisamment mou pour être coupé avec un couteau. Le cérium est le deuxième élément de la série des lanthanides. Le cérium est aussi traditionnellement considéré comme l’un des éléments des terres rares.

Sommaire

Élément	Cérium
Numéro atomique	58
Catégorie d’élément	Métal de terre rare
Phase à STP	Solide
Densité	6,689 g/cm3
Résistance à la traction ultime	100 MPa
Limite d’élasticité	90 MPa
Module de Young	33,6 GPa
Échelle de Mohs	2,5
Dureté Brinell	412 MPa
Dureté Vickers	300 MPa
Point de fusion	798°C
Point d’ébullition	3457°C
Conductivité thermique	11 W/mK
Coefficient de dilatation thermique	6,3 µm/mK
Chaleur spécifique	0,19 J/g·K
Température de fusion	5,46 kJ/mol
Chaleur de vaporisation	414 kJ/mole
Résistivité électrique [nanoohmmètre]	828
Susceptibilité magnétique	+2450e-6cm^3/mol

Applications du Cérium

Le cérium est un composant important de l’alliage de mischmétal. Le ferrocérium est un alliage pyrophorique synthétique qui produit des étincelles chaudes pouvant atteindre des températures de 3000 ° C (5430 ° F) lorsqu’il est rapidement oxydé par le processus de frappe de la tige, la fragmentant ainsi et exposant ces fragments à l’oxygène de l’air. Une composition typique comprend environ 55 % de cérium, 25 % de lanthane et 15 à 18 % de néodyme suivis d’autres métaux de terres rares. L’utilisation la plus connue de cet alliage est dans les « pierres à feu » pour les briquets. La cérine est le composé de cérium le plus largement utilisé. L’oxyde de cérium est principalement utilisé comme composé de polissage, par exemple dans la planarisation chimico-mécanique (CMP).

 

Production et prix du Cérium

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 Cérium pur se situaient autour de 570 $/kg.

Les minerais contenant du cérium, tels que la monazite, contiennent généralement une gamme d’autres terres rares. Par conséquent, ils subissent une série de traitements chimiques pour éliminer les terres rares telles que le thorium et le cérium. La monazite est un minerai important pour le thorium, le lanthane et le cérium. On le trouve souvent dans les gisements de placers. L’Inde, Madagascar et l’Afrique du Sud possèdent d’importants gisements de sables de monazite. Les gisements en Inde sont particulièrement riches en monazite.

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Cérium

Force du Cérium

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 Cérium

La résistance à la traction ultime du cérium est de 100 MPa.

Limite d’élasticité du Cérium

La limite d’élasticité du cérium  est de 90 MPa.

Module de Young du Cérium

Le module de Young du cérium est de 90 MPa.

Dureté du Cérium

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 cérium est d’environ 412 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 cérium est d’environ 300 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 cérium a une dureté d’environ 2,5.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Cérium – Structure Cristalline

Une structure cristalline possible du cérium est une structure compacte  hexagonale double.

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 Cérium

Propriétés thermiques du Cérium

Cérium – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du cérium est de 798°C.

Le point d’ébullition du cérium est de 3457°C.

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

Cérium – Conductivité thermique

La conductivité thermique du cérium est de 11 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 gaz), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Cérium

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du cérium est  de 6,3  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.

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

La chaleur spécifique du cérium est de 0,19 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 cérium est de 5,46 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du cérium est de 414 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 d’attraction 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.

Cérium – 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 Cérium

La résistivité électrique du cérium est de 828 nΩ⋅m.

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

Susceptibilité magnétique du Cérium

La susceptibilité magnétique du cérium est de +2450e-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 cérium en réponse à un champ magnétique appliqué.