Le carbone compte parmi les éléments chimiques les plus célèbres et les plus présents dans notre quotidien. Il peut prendre plusieurs formes, c’est pourquoi on en trouve dans le charbon, les outils en acier, les ustensiles de cuisine en inox, les végétaux et même le corps humain. On distingue notamment le carbone cristallin, amorphe et moléculaire. Chacune de ces variétés repose sur une structure spécifique et renferme donc des propriétés physiques et chimiques différentes. Le carbone amorphe, quant à lui, affiche notamment un excellent coefficient de frottement et une très bonne résistance à l’abrasion.
Qu’est-ce que le carbone amorphe ?
Sur le plan chimique, le carbone amorphe constitue une forme allotropique du carbone, qui ne possède pas de structure cristalline. Cette définition, qui semble particulièrement technique, signifie que le carbone amorphe représente, en réalité, une variété spécifique de carbone, dotée d’une structure différente de celle du carbone cristallin, que l’on trouve notamment dans le diamant et le graphite. Le terme allotropique vient du grec et associe d’ailleurs la notion d’allos, autre, et de tropos, manière. Ce qualificatif indique que le carbone peut exister sous différentes formes, les trois plus connues restant le carbone cristallin, le carbone amorphe et le carbone moléculaire. Chacune de ces variétés de carbone renferme des propriétés bien spécifiques.
A l’état naturel, le carbone se révèle omniprésent, puisqu’il apparaît aussi bien dans les tissus qui composent le corps humain,dans l’acier,le plastique ou dans les minéraux, comme dans le charbon ou le diamant. Ses multiples formes en font un élément chimique unique incontournable et, de ce fait, deux matériaux constitués de carbone peuvent afficher des propriétés diamétralement opposées. Pour reprendre l’exemple du diamant, qui repose sur une structure cristalline, il s’agit de l’élément le plus dur de la planète, affichant une dureté autour de 10 000 HV. À l’inverse, le graphite constitue l’élément le “plus mou au monde”. Cette grande différence de valeur dépend en réalité de la nature des liaisons covalentes de ces deux éléments chimiques. Le diamant forme des liaisons SP3, tandis que le graphite créé des liaisons SP2. Un paramètre qui s’avère déterminant et sur lequel il est possible d’agir pour transformer les propriétés des matériaux.
Pourquoi utiliser cette variété de carbone ?
Le carbone amorphe, de par sa structure non-cristalline, offre la possibilité de former des liaisons différentes et donc, de faire apparaître de nouvelles propriétés physiques et chimiques. Il permet, par exemple, d’obtenir du carbone adamantin. À titre d’illustration, le carbone amorphe s’emploie notamment dans la fabrication de fibres de carbone, célèbres pour leur légèreté.
La maîtrise de ces différentes liaisons représente une excellente manière de modifier le comportement des matériaux. En agissant sur la quantité de liaisons SP2 ou SP3, on peut notamment obtenir du DLC, Diamond Like Carbon, une solution développée par Thermi Lyon. Celle-ci affiche à la fois une très bonne résistance à l’usure, proche de celle du diamant, qui reste l’abrasif ultime, mais aussi une vraie souplesse, à l’image du graphite. Ce dernier ne résiste certes pas à l’usure abrasive mais il représente, en revanche, un lubrifiant très efficace et entre dans la composition de plusieurs huiles. La technologie du DLC présente l’avantage de s’adapter à l’environnement des pièces, qu’elles aient besoin d’un bon coefficient de frottement ou d’une solide résistance à l’abrasion, par exemple.
Le DLC, une solution polyvalente à base de carbone amorphe
Le Diamond Like Carbon peut se fabriquer par traitement PVD ou PACVD, c’est-à-dire par l’ajout de couches spéciales à la surface des pièces. Ce procédé offre la possibilité de jouer sur les liaisons SP2 et SP3 des matériaux et ainsi, d’adapter la résistance des pièces à leur environnement de travail. De ce fait, si elles ont besoin d’un coefficient de frottement élevé, le traitement mettra l’accent sur les liaisons SP2, alors que, dans le cas où l’abrasion représenterait le plus grand danger, le DLC présenterait plus de liaisons SP3. La teneur en hydrogène peut également être adaptée pour donner à la famille des DLC différentes propriétés.
Le DLC peut afficher une dureté particulièrement intéressante, allant jusqu’à 1 800 HV, plus importante que celle du chrome dur ou de l’acier non traité, par exemple. En plus de son excellent coefficient de frottement, il constitue un lubrifiant solide intéressant, très résistant à la corrosion et à l’abrasion. Sa couleur gris anthracite plaît beaucoup à certains professionnels, comme ceux de l’horlogerie, qui y voient dans le DLC une solution à la fois très performante et élégante sur le plan esthétique. Cette technologie représente aussi un bon isolant électrique et se révèle biocompatible. Elle peut ainsi entrer dans la composition de matériel médical ou même de prothèses en raison de son aspect inoffensif pour l’organisme humain.
Enfin, le DLC est produit sous vide, il fait donc partie des technologies neutres en carbone donc, eco-friendly. Il s’agit, de fait, d’une possible alternative au chrome dur, dont le mode de production reste assez polluant.
