Quartz – Tableau des matériaux – Applications – Prix

À propos du quartz

Le quartz est un minéral très abondant de nombreuses variétés qui se compose principalement de silice ou de dioxyde de silicium (SiO2). Il existe de nombreuses variétés de quartz, dont plusieurs sont des pierres semi-précieuses. L’améthyste est une forme de quartz qui va d’un violet vif vif à une teinte lavande foncée ou terne. La citrine est une variété de quartz dont la couleur varie du jaune pâle au brun en raison des impuretés ferriques. Le quartz est le minéral définissant la valeur de 7 sur l’échelle de dureté de Mohs, une méthode de grattage qualitative pour déterminer la dureté d’un matériau à l’abrasion. 

Résumé

Nom	Quartz
Phase à STP	solide
Densité	2650kg/m3
Résistance à la traction ultime	48 MPa
Limite d’élasticité	N / A
Module d’élasticité de Young	37 GPa
Dureté Brinell	7 mois
Point de fusion	1667°C
Conductivité thermique	3W/mK
Capacité thermique	741 J/g·K
Prix	20 $/kg

Composition du quartz

Le quartz est un composé chimique composé d’une partie de silicium et de deux parties d’oxygène. C’est du dioxyde de silicium (SiO2). Les atomes sont liés dans un cadre continu de tétraèdres silicium-oxygène SiO4, chaque oxygène étant partagé entre deux tétraèdres, donnant une formule chimique globale de SiO2. 

Applications du quartz

Le quartz a une grande importance économique. De nombreuses variétés sont des pierres précieuses, notamment l’améthyste, la citrine, le quartz fumé et le quartz rose. Il possède des propriétés électriques (par exemple sa piézoélectricité) et une résistance à la chaleur qui le rendent précieux dans les produits électroniques. Le grès, composé principalement de quartz, est une pierre de construction importante. De grandes quantités de sable de quartz (également connu sous le nom de sable de silice) sont utilisées dans la fabrication du verre et de la céramique et pour les moules de fonderie dans le moulage des métaux. Le quartz broyé est utilisé comme abrasif dans le papier de verre, le sable de silice est utilisé dans le sablage. 

Propriétés mécaniques du quartz

Force du quartz

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. En cas de contrainte de traction d’une barre uniforme (courbe contrainte-déformation), la  loi de Hooke décrit le comportement d’une barre dans la région élastique. Le module d’élasticité de Youngest le module d’élasticité pour les contraintes de traction et de compression dans le régime d’élasticité linéaire d’une déformation uniaxiale et est généralement évalué par des essais de traction.

Voir aussi : Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du quartz

La résistance à la traction ultime du quartz est de 48 MPa.

Limite d’élasticité du quartz

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

Module d’élasticité du quartz

Le module d’élasticité de Young du Quartz est de 37 GPa.

Dureté du Quartz

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.

L’  indice de dureté Brinell  (HB) est la charge divisée par la surface de l’indentation. Le diamètre de l’empreinte est mesuré avec un microscope à échelle superposée. Le nombre de dureté Brinell est calculé à partir de l’équation :

La dureté du quartz est d’environ 7 Mohs.

Voir aussi : Dureté des matériaux

Propriétés thermiques du quartz

Quartz – Point de fusion

Le point de fusion du Quartz est de 1667 °C .

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard. En général, la  fusion  est un  changement de phase  d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le  point de fusion  d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le  point de fusion  définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre. Pour divers composés chimiques et alliages, il est difficile de définir le point de fusion, car il s’agit généralement d’un mélange de divers éléments chimiques.

Quartz – Conductivité thermique

La conductivité thermique du Quartz est de 3 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.

La  conductivité thermique  de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend aussi de la pression. En général:

La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons donc généralement écrire  k = k (T) . Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.

Quartz – Chaleur spécifique

La chaleur spécifique du Quartz est de 7 41 J/g K .

La chaleur spécifique, ou capacité thermique spécifique,  est une propriété liée à l’énergie interne  très importante en thermodynamique. Les  propriétés intensives  c _v  et  c _p  sont définies pour des substances compressibles pures et simples comme des dérivées partielles de l’  énergie interne  u(T, v)  et de  l’ enthalpie  h(T, p) , respectivement : 

où les indices  v  et  p  désignent les variables maintenues fixes lors de la différenciation. Les propriétés  c _v  et  c _p  sont appelées  chaleurs spécifiques  (ou  capacités calorifiques ) car, dans certaines conditions particulières, elles relient le changement de température d’un système à la quantité d’énergie ajoutée par transfert de chaleur. Leurs unités SI sont  J/kg K  ou  J/mol K .

Propriétés et prix des autres matériaux

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