Carbure de silicium lié par réaction

Le carbure de silicium lié par réaction (RB SiC) est formé par l'infiltration de silicium en fusion dans une préforme poreuse en carbone ou en graphite. Bien qu'il soit moins dur que le carbure de silicium fritté, son excellente résistance à l'usure compense les différences potentielles.

Le matériau composite à matrice métallique (MMC) est également idéal pour la fabrication de pièces d'usure de grande taille dans l'industrie minière et d'autres secteurs, grâce à son excellente stabilité à la corrosion et à la température, ainsi qu'à ses faibles taux de dilatation thermique.

Haute résistance

Le carbure de silicium lié par réaction (RBSC) est un matériau céramique extrêmement solide. Il offre une résistance exceptionnelle à la corrosion acide et à l'usure, ce qui permet de l'utiliser dans les garnitures mécaniques et les roulements, ainsi que dans les environnements à haute température. En outre, sa résistance lui permet de supporter des températures élevées sans dommage, ce qui constitue un autre avantage.

La fabrication des pièces RBSC est simple. Le matériau combine du carbure de silicium grossier, du silicium et des plastifiants dans une presse à extrusion avant d'être chauffé et mis en forme. Cette réaction permet aux fabricants de créer facilement des pièces complexes ou de grande taille ne présentant que des variations mineures par rapport à leurs dimensions initiales - généralement pas plus d'un pour cent de variation dans le temps.

Comparé au carbure de silicium fritté, le RBSC offre une résistance et une dureté moindres, mais sa production est plus économique. En outre, sa résistance à l'usure et aux chocs est supérieure, de même que sa résistance aux chocs thermiques.

Le carbure de silicium diffère des céramiques traditionnelles en ce sens qu'il est formé par réaction chimique plutôt que par pressage et frittage, en utilisant une combinaison efficace de silicium et de carbone pour se lier dans une préforme poreuse, créant ainsi le carbure de silicium. Le SiC est connu pour sa stabilité thermique supérieure et sa résistance à la corrosion et à l'oxydation, ainsi que pour sa conductivité thermique élevée ; il a donc de nombreuses utilisations industrielles, notamment l'isolation thermique et les revêtements de fours - même les applications à haute température telles que les turbines à gaz et les buses de combustion utilisent des composants en SiC dans la fabrication.

Stabilité à haute température

Le carbure de silicium lié par réaction peut être fabriqué comme un matériau extrêmement robuste et résistant à l'abrasion, ce qui le rend parfait pour les applications impliquant des pressions ou des températures extrêmes. En outre, le SiC RB est thermiquement stable, ce qui signifie qu'il ne subit aucune déformation ou dégradation, même à des températures extrêmes.

La stabilité à haute température du SiC RB découle en grande partie de sa chimie. La dissolution chimique du silicium a lieu sur des sites connus sous le nom de “kink atoms” (structure A dans la figure 28), où chaque atome de silicium ne peut pas former quatre liaisons avec d'autres atomes de silicium dans le réseau cristallin ; au lieu de cela, ces sites uniques forment des liaisons avec des ligands OH ou H des molécules environnantes jusqu'à ce qu'ils évoluent progressivement vers les structures B et C au fil du temps.

Ce processus utilise généralement la réaction entre le silicium et le carbone comme liquide d'infiltration et l'eau comme liquide d'infiltration. Il s'agit d'une étape essentielle dans la production de SiC RB, dont les paramètres, notamment la morphologie de la préforme poreuse et la température de fusion, sont étudiés en tant que facteurs clés.

Cette recherche a conduit à la mise au point d'un procédé innovant de fabrication de SiC RB présentant une porosité élevée et une excellente stabilité dimensionnelle, ce qui permet de gagner du temps et de l'argent par rapport aux techniques traditionnelles de formage des céramiques. Cette méthode est particulièrement avantageuse pour la production de pièces d'usure de grande taille pour l'industrie minière ou d'autres industries.

Résistance aux chocs thermiques

Le carbure de silicium lié par réaction offre une excellente résistance aux chocs thermiques, ce qui signifie qu'il peut supporter des fluctuations rapides de température sans se déformer. Il est donc parfait pour les environnements tels que les turbines à gaz et les réacteurs nucléaires qui connaissent des températures de fonctionnement élevées.

Le SiC RB est produit par injection de silicium liquide dans une préforme poreuse en carbone ou en graphite. Par rapport au carbure de silicium fritté (SSiC), il présente une dureté plus faible mais son coût de production est moins élevé ; sa perméabilité aux gaz et aux liquides le rend également plus respirable que son homologue en SSiC ; sa résistance à l'usure et à la corrosion lui permet de supporter des conditions extrêmes, telles que l'abrasion par glissement et les températures de service élevées.

Les céramiques poreuses de SiC liées par des fibres et par réaction in situ ont démontré une excellente résistance à la rétention lorsqu'elles sont soumises à un choc thermique ; les deux matériaux ont réussi à conserver plus de 90% de leur résistance initiale à la flexion, même après un refroidissement rapide.

Le carbure de silicium (SiC) est l'une des céramiques techniques les plus dures, conservant sa dureté même à des températures extrêmement élevées. Grâce à sa combinaison de ténacité, de résistance à la chaleur et à l'usure et de faible poids, le SiC est un excellent choix de matériau pour les faces d'étanchéité et les pompes à haute performance, ainsi que pour l'inertie chimique qui résiste à la corrosion dans les environnements difficiles.

Résistance à la corrosion

Le carbure de silicium lié par réaction (RB SiC) est un matériau céramique exceptionnel doté d'une résistance mécanique et d'une stabilité thermique supérieures. En outre, sa résistance à la corrosion et à l'oxydation lui permet d'être produit dans des formes et des tailles variées, ce qui fait du SiC RB un composant inestimable dans de nombreux environnements industriels tels que la production d'énergie. Les applications courantes de ce matériau sont les buses de dénitration/désulfuration dans les centrales électriques, les revêtements résistants à l'usure utilisés dans les exploitations minières et les composants utilisés dans les fours à semi-conducteurs.

Le SiC RB est créé en infiltrant une préforme de carbone poreux avec du silicium liquide, puis en le faisant réagir avec du carbone pour former de la silice supplémentaire et lier les grains entre eux rapidement et sous contrôle de température. Cette réaction permet d'obtenir des tolérances précises car le silicium ne se rétrécit pas pendant l'infiltration, ce qui signifie que des dimensions importantes et précises peuvent être produites sans perte d'intégrité.

Le SiC RB offre une résistance chimique exceptionnelle et peut résister à la corrosion causée par la plupart des acides, des alcalis et des oxydants. En outre, son inertie en fait un excellent choix pour une utilisation dans des environnements difficiles ; de plus, son faible coefficient de dilatation thermique permet de s'adapter à des changements de température rapides sans qu'un choc thermique ne se produise.