Fibre de carbure de silicium

La fibre de carbure de silicium est un matériau céramique flexible, solide, résistant à l'oxydation et de faible densité, utilisé dans des environnements à haute température pour renforcer les matériaux composites.

En raison de leurs performances exceptionnelles dans des conditions de température extrêmes, les nanotubes de carbone ont suscité une grande attention dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'armement et de l'équipement militaire. En outre, ces matériaux peuvent également être utilisés pour renforcer les composites à matrice céramique.

Applications structurelles à haute température

Les fibres de carbure de silicium constituent un choix de matériau intéressant pour les applications structurelles à haute température en raison de la combinaison d'une résistance spécifique élevée, d'une faible dilatation thermique et d'une excellente résistance à l'usure. Le carbure de silicium peut être utilisé pour renforcer les composites à matrice métallique avec une stabilité thermique et une conductivité électrique supérieures.

Les fibres de carbure de silicium présentent également une excellente résistance à l'oxydation et sont faciles à préparer, ce qui en fait une excellente alternative à la fibre de bore pour de nombreuses applications. En outre, les fibres de carbure de silicium constituent un candidat idéal pour les applications mécaniques à grande vitesse telles que les structures aérospatiales ou les structures de véhicules aériens sans pilote (UAV).

Dans cette étude, nous avons développé un nouveau procédé pour créer des fibres de carbure de silicium non oxydantes adaptées aux applications à haute température en utilisant la pyrolyse d'un précurseur de polycarbosilane. Les fibres produites ont été évaluées par microscopie électronique à balayage et analyse par diffraction des rayons X ; des particules de poudre de carbure de silicium de forme irrégulière ont servi de matériaux de départ pour fabriquer des composites à matrice céramique renforcés par des fibres de carbure de silicium tissées par jet de liant en utilisant la technologie du jet de liant ; leur comportement de densification et leur microstructure ont été évalués au cours de six cycles d'infiltration/pyrolyse de polymère.

Aérospatiale et défense

Les fibres de carbure de silicium sont depuis longtemps utilisées par les professionnels de l'industrie aérospatiale en raison de leur résistance thermique exceptionnelle et d'autres propriétés, ce qui en fait des composants populaires utilisés dans les moteurs d'avion et les systèmes de gestion thermique. Le carbure de silicium renforce les composites à matrice céramique (CMC) utilisés dans ces moteurs ou systèmes - un tiers de la densité des composants en alliage nickel-métal, tout en réduisant le poids total de l'avion en diminuant la densité globale.

Les dispositifs (micro-)mécaniques MEMS combinent des actionneurs ou des capteurs mécaniques avec des circuits électroniques intégrés pour une plus grande fonctionnalité, notamment des capteurs de pression, des accéléromètres, des thermocouples et des générateurs piézoélectriques. Les fibres de carbure de silicium peuvent également être tissées ensemble pour former des MEMS microstructurés offrant des performances mécaniques et chimiques supérieures, même à des températures extrêmes.

Les marchés nord-américains devraient dominer le marché mondial des fibres de carbure de silicium en termes de croissance, en raison de l'augmentation de l'activité de fabrication d'équipements aérospatiaux et militaires dans cette région. L'augmentation des dépenses de défense et des financements de la NASA devrait également stimuler la demande de fibres de carbure de silicium ; en outre, leur utilisation dans les dispositifs d'alimentation des véhicules électriques a la capacité d'augmenter les distances de conduite tout en réduisant simultanément la perte d'énergie de la batterie et la taille des composants, augmentant ainsi l'efficacité du système.

Énergie et électricité

Les fibres de carbure de silicium sont bien adaptées aux applications gourmandes en énergie, car elles offrent une conductivité et une résistance élevées ainsi que de faibles taux de dilatation thermique. Cette combinaison en fait le matériau idéal pour les composants électriques à haute tension ainsi que pour les applications de transmission et de distribution d'énergie.

En outre, leur capacité à résister à l'oxydation les rend idéales pour la fabrication de composites à matrice céramique, largement utilisés pour la construction de gaines de combustible pour réacteurs nucléaires capables de résister à des températures extrêmes, de sorte que la demande pour ces fibres est susceptible de croître de manière significative au fil du temps.

Les industries aérospatiales devraient stimuler la croissance du marché de la fibre de carbure de silicium en raison de l'augmentation des dépenses de défense et des livraisons d'avions commerciaux aux États-Unis. En outre, l'augmentation du financement de la NASA et des dépenses de défense pourrait stimuler la demande de produits composites en titane, en aluminium et en céramique aux États-Unis en raison de leur capacité à fonctionner dans des environnements à haute température.

Industrie

La fibre de carbure de silicium est largement utilisée pour produire des composites à matrice céramique et comme alternative aux superalliages à base de nickel dans la production de composants aérospatiaux. En outre, la fibre de carbure de silicium est devenue un choix de plus en plus populaire dans les industries de production d'énergie pour les revêtements céramiques et les structures du cœur des réacteurs nucléaires en raison de ses propriétés de résistance aux radiations.

La stabilité à haute température et l'inertie chimique font de l'alumine un excellent matériau pour renforcer les composites à haute température, car elle conserve sa résistance même à des températures élevées. En outre, sa résistance à la traction permet d'obtenir des performances mécaniques sans ajouter de poids - une caractéristique inestimable pour les applications sensibles au poids telles que l'automobile et l'aviation.

Les fibres de carbure de silicium tissées sont largement utilisées dans les industries de fabrication métallique comme matériau isolant et pour renforcer les matériaux réfractaires tels que la silice, l'alumine et le nitrure d'aluminium. En outre, leur faible teneur en oxygène les rend adaptées aux applications des turbines à gaz en raison des températures plus élevées qu'elles peuvent supporter.