Le choc thermique décrit la manière dont certains matériaux sont sujets à des dommages s’ils sont exposés à un changement soudain de température. Le verre et certains autres matériaux sont vulnérables à ce processus, en partie parce qu’ils ne conduisent pas très bien l’énergie thermique. Ceci est facilement observé lorsqu’un verre chaud est exposé à de l’eau glacée – le résultat est un verre fissuré, cassé ou même brisé.
Les dommages sont une réaction à une fluctuation de température rapide et extrême, mais le processus est un peu plus compliqué que cela. Le choc est le résultat d’un gradient thermique, qui fait référence au fait que le changement de température se produit de manière inégale. Le changement de température provoque une expansion de la structure moléculaire d’un objet, en raison de l’affaiblissement des liaisons qui maintiennent les molécules en formation. L’existence du gradient thermique signifie que cette expansion se produit de manière inégale, et le verre en particulier est très vulnérable à ce processus.
Dans l’exemple du verre chaud, cela signifie que le changement rapide de température fait que certaines parties du verre deviennent rapidement beaucoup plus chaudes que d’autres parties. Ceci, à son tour, provoque une expansion inégale, ce qui met l’accent sur la structure moléculaire. Si la contrainte devient suffisamment importante, la résistance du matériau est dépassée et le verre se brise.
La céramique et le verre sont tous deux vulnérables à ce processus, en partie parce qu’ils ne sont pas de bons conducteurs d’énergie thermique, et aussi parce qu’ils n’ont pas une résistance à la traction élevée. Néanmoins, ces matériaux sont souvent utilisés pour des applications dans lesquelles les températures extrêmes sont courantes, car ils ont des points de fusion très élevés. Le problème devient alors de savoir comment éviter les chocs thermiques tout en maintenant les températures extrêmes requises par le procédé.
L’amélioration de la résistance aux chocs du verre et de la céramique peut être obtenue en améliorant la résistance du matériau ou en réduisant sa tendance à une expansion inégale. Un exemple de réussite dans ce domaine est le Pyrex®, la marque d’un type de verre plus connu des consommateurs sous le nom d’ustensiles de cuisine, mais qui est également utilisé pour fabriquer de la verrerie de laboratoire. Le type de verre traditionnellement utilisé pour fabriquer le Pyrex® est appelé verre borosilicaté, en raison de l’ajout de bore, qui évite les chocs en réduisant la tendance du verre à se dilater.
Lorsque des matériaux doivent être testés pour leur capacité à résister à des températures extrêmes, ils sont testés à l’intérieur d’une chambre de choc thermique. À l’intérieur de la chambre, ils sont exposés à des cycles rapides de températures extrêmement chaudes et froides, afin de déterminer les températures auxquelles la résistance à la traction du matériau est surmontée. Ce type de test est utilisé dans un très large éventail d’industries, y compris le développement d’engins terrestres, aériens et spatiaux, ainsi que la fabrication industrielle.