Solide inorganique, non métallique, obtenu par cuisson de terres, notamment d’argile.

Dans certains pays anglo-saxons, le terme de ceramics a une acception plus large, incluant même les états vitreux. Une discrimination à l’égard des métaux a été avancée en invoquant un type de liaison moléculaire essentiellement ionique ; elle est inadéquate, les verres étant considérés comme comportant des liaisons iono-covalentes. De plus, des combinaisons avec des matières organiques, classées comme produits céramiques, enlèvent de la consistance aux tentatives de définition. C’est donc plutôt par les propriétés que se définiront le mieux les matériaux céramiques : ils ont en commun une grande résistance aux agents chimiques, une bonne ou une extrême résistance à la température (produits réfractaires) et une cassure d’un type particulier, dite « fragile ». Les phénomènes intervenant lors de leur fabrication ont également un caractère commun : sous l’influence de la température (cuisson), de nouveaux agrégats cristallisés se forment, différents des formes cristallines des matières premières, agrégats rejetant certains constituants qui n’entrent plus dans la nouvelle stœchiométrie et qui se retrouvent sous la forme d’une phase désorganisée (vitreuse) participant à la liaison entre les grains cristallins. Ce dernier rôle, faible dans les faïences, est important dans les porcelaines.

La liaison céramique

La structure cristalline des matériaux d’origine est modifiée par la cuisson, généralement par élimination d’un de ses constituants. L’un des matériaux de base parmi les plus courants conduisant aux céramiques est la kaolinite, de composition stœchiométrique 2SiO₂, Al₂O₃, 2H₂O. Sa structure correspond à la superposition de deux feuillets, l’un contenant les cations silicium en coordination tétraédrique, l’autre les cations aluminium dans une structure octaédrique AlO₆, dont quatre atomes d’oxygène ont capté des protons. Ce sont les composants de l’eau, l’hydrogène H et l’oxhydrile OH qui se fixent alternativement sur les feuillets. Vers 550 °C, une partie des hydroxyles s’élimine sous forme d’eau (départ de l’eau dite « de constitution »), et un réarrangement des atomes d’oxygène devient nécessaire. Comme il y a un déficit d’atomes d’oxygène, un certain nombre de ceux-ci doivent être mis en commun. Deux octaèdres AlO₆ qui avaient une arête commune doivent maintenant avoir une face commune. La coordinance 6 autour de l’atome d’aluminium était imposée par la polarisabilité des atomes d’oxygène, atténuée par la présence des protons. Après le départ de ceux-ci, les atomes d’oxygène devenus plus polarisables pourraient satisfaire en nombre plus réduit l’attraction de l’ion Al³⁺ (effet d’écran). Mais la température n’est pas encore assez élevée pour que les ions O^2– puissent se redistribuer en coordination tétraédrique autour de l’atome d’aluminium. Il faut atteindre les températures de 1 000 °C pour que cette redistribution se fasse. À 700 °C, la kaolinite a achevé sa déshydratation (2SiO₂, Al₂O₃). Cet état intermédiaire prenant progressivement place entre 550 et 1 000 °C a reçu l’appellation de « métakaolin ». Dès 1 000 °C, l’aluminium en coordinance tétraédrique peut s’insinuer dans les chaînes tétraédriques de silicium. On aboutit peu à peu à la construction de deux échafaudages imbriqués, la mullite 3Al₂O₃, 2SiO₂ et la cristobalite résorbant l’excès de silice SiO₂. Le plus souvent apparaît une phase vitreuse contenant d’autres cations au titre d’impuretés. Dès 1 000 °C, les spectres de rayons X, qui s’étaient estompés lors de la transformation de la kaolinite, accusent l’apparition d’anneaux de mullite de plus en plus nets avec l’élévation de la température. Un spectre atténué et parfois fort flou de cristobalite s’y superpose, indiquant qu’une partie de la silice est présente sous une forme vitreuse.

Matières premières de la céramique

Le schéma précédent fait seulement comprendre le principe de la céramisation avec, sous l’influence de la chaleur, une élimination des constituants moléculaires de l’eau et une redistribution des liaisons entre atomes. La présence de feuillets distincts et faiblement liés dans la kaolinite explique la plasticité de ce matériau cru, alors que l’imbrication finale de la structure alumineuse et de la structure siliceuse confère une grande solidité au matériau cuit. Le nom de kaolinite s’applique à la partie cristallisée des kaolins qui proviennent de l’altération de certaines roches éruptives (feldspath des granites). Trouvés sur place, les kaolins n’ont pas l’homogénéité qu’ils présentent lorsqu’ils ont subi une lévigation naturelle et ont pu se sédimenter. Les particules de kaolinite sont alors très fines (0,5 nm) et le réseau peut être plus ou moins altéré par la perte d’oxhydriles OH. Mais la kaolinite n’est qu’un cas particulier des terres argileuses utilisées pour préparer les pâtes céramiques. D’autres variétés cristallines, ayant également pour structure moléculaire des constructions fondées sur l’aluminium et le silicium, ont des propriétés analogues : l’halloysite a la formule de la kaolinite, mais contient de l’eau zéolitique qui donne aux cristaux une forme tubulaire ; la montmorillonite 3SiO₂, Al₂O₃ (Na, K, Mg, Ca,...) nH₂O possède des propriétés gonflantes qui en font un excellent liant ; l’illite 4SiO₂, Al₂O₃ (Fe, Mg, alcalins) nH₂O est une argile très utilisée dans la poterie ancienne par suite de son excellente plasticité. Certaines argiles anglaises, dont les grains sont d’une extrême finesse et qui contiennent une forte proportion de matières organiques, retenant l’humidité, présentent une plasticité recherchée (ball clays).