À quoi sert le carbure de silicium ?

Le carbure de silicium est une céramique étonnante qui possède de nombreuses propriétés utiles, notamment la solidité, la dureté, la durabilité, la résistance à la corrosion et la conductivité électrique.

Edward Acheson a été le premier à synthétiser artificiellement le SiC en 1891. Bien que son équivalent minéral, la moissanite, existe à l'état naturel, la plupart des SiC fabriqués aujourd'hui sont produits synthétiquement sous le nom de Carborundum.

Réfractaires à haute température

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau céramique non oxydé extrêmement utile aux multiples usages. Il est souvent utilisé dans les abrasifs en raison de sa dureté et de sa résistance à la chaleur ; de même, il est utilisé dans les réfractaires et les céramiques en raison de ses faibles taux de dilatation thermique et de sa résistance aux chocs thermiques. En outre, le SiC peut également être classé parmi les semi-conducteurs, car il présente des caractéristiques de conductivité électrique intermédiaires entre celles des métaux et des isolants.

Le SiC est l'une des substances synthétiques les plus dures jamais connues, avec une cote sur l'échelle de Mohs proche de celle du diamant. Utilisé principalement comme abrasif dans les processus d'usinage tels que le sablage, le meulage et la découpe au jet d'eau, il est également employé dans la gravure au carborundum, qui consiste à appliquer une pâte sur une plaque d'aluminium, puis à l'encrer manuellement avec un stylo à encre pour produire des marques imprimées sur le papier.

Le SiC est capable de résister à des températures extrêmement élevées, ce qui permet de l'utiliser dans les réacteurs nucléaires pour protéger les murs des dommages causés par les radiations, ainsi que dans les fours d'aciérie et dans les processus de production de céramiques et de réfractaires.

Les méthodes modernes de production du carbure de silicium utilisé dans les abrasifs, la métallurgie et les applications réfractaires consistent à créer un mélange de sable siliceux pur avec du carbone dans du coke dans un four à briques à résistance électrique et à faire passer un courant électrique à travers son conducteur pour induire des réactions chimiques qui forment deux polytypes de carbure de silicium - le carbure de silicium alpha a une structure cristalline hexagonale similaire à la wurtzite, tandis que le carbure de silicium bêta a une structure cristalline de zinc blende similaire au diamant.

Ingénierie de haute performance

Le SiC (carbure de silicium) est un composé cristallin synthétique composé de silicium et de carbone qui est largement utilisé comme matériau abrasif dans les outils de meulage, les outils de coupe, le papier de verre et les meules. En outre, le carbure de silicium fait partie intégrante des revêtements de fours industriels et des pièces résistantes à l'usure dans les pompes et les moteurs de fusée en raison de son excellente résistance à l'abrasion, aux produits chimiques, aux températures élevées et à la corrosion.

La moissanite a d'abord été découverte naturellement en tant que minéral rare en 1891 et a depuis été synthétisée artificiellement et produite en masse en tant que matériau abrasif. Le frittage peut également produire des matériaux céramiques très durs utilisés dans les disques de frein et les embrayages des voitures, ainsi que des plaques de gilet pare-balles fabriquées à partir de plaques céramiques en moissanite. En outre, ce matériau fait partie intégrante des dispositifs de puissance avancés qui révolutionnent actuellement le secteur de l'électronique de puissance.

Le carbure de silicium est disponible en différentes qualités, en fonction des propriétés spécifiques de votre application. Les options courantes comprennent le carbure de silicium vert (GSiC), le carbure de silicium noir (BSC) et le carbure de tungstène (WC), mais la qualité la plus vendue est le carbure de silicium rouge-brun (RBSC), qui est produit en mélangeant de la poudre de carbure de silicium pur avec des adjuvants de frittage non oxydés pour former les formes souhaitées avant d'être cuit dans des milieux chimiquement inertes pour être cuit à des températures plus élevées sans perdre de sa résistance ou de son intégrité. Le matériau RBSC offre une résistance mécanique supérieure à celle du GSiC tout en étant capable de fonctionner dans des conditions de température plus élevées sans perdre de résistance ou d'intégrité par rapport à son homologue GSiC, ce qui permet un fonctionnement à haute température sans perte de résistance ou d'intégrité.

Dispositifs semi-conducteurs

Le carbure de silicium, ou SiC, est l'un des matériaux les plus durs au monde - après le diamant et le nitrure de bore cubique en termes de dureté - ce qui en fait un excellent choix pour les applications nécessitant des céramiques de haute performance.

Les propriétés électriques des nanofils de silicium sont également impressionnantes, avec des tensions de claquage et des courants nominaux qui dépassent ceux de nombreux dispositifs semi-conducteurs conventionnels. Ils conviennent donc à des applications de haute performance telles que les dispositifs d'alimentation et les émetteurs de lumière.

Depuis 1893, le carbure de silicium (SiC) est produit en masse en tant que matériau abrasif présent naturellement dans la moissanite. La production commerciale a commencé peu après pour l'usinage des métaux ferreux, des céramiques et d'autres matériaux difficiles à usiner, tels que les freins et les embrayages des voitures et les plaques des gilets pare-balles.

Le dopage permet aux cristaux de carbure de silicium (SiC) de passer de l'isolation électrique à la conductivité en mélangeant de minuscules impuretés à leur matériau de base - généralement en utilisant des atomes donneurs tels que le phosphore ou l'arsenic avec cinq électrons disponibles à partager entre tous les atomes de silicium dans sa structure de réseau cristallin. Une fois dopés, les cristaux de SiC de type N peuvent être découpés en plaquettes et transformés en dispositifs électroniques à semi-conducteurs.

Traitement chimique

Le carbure de silicium (SiC), l'un des matériaux les plus durs de la planète, affiche une dureté de Mohs de 9 et n'est surpassé que par le carbure de bore et le diamant en termes de dureté. Le carbure de silicium est couramment utilisé dans les abrasifs et les pièces résistantes à l'usure en raison de sa dureté, ainsi que dans les réfractaires et les céramiques pour sa résistance aux températures élevées et à la dilatation thermique, tandis que les dispositifs électroniques à semi-conducteurs nécessitant des températures ou des tensions de fonctionnement élevées peuvent tirer parti de ses propriétés uniques.

Le carbure de silicium existe à l'état naturel sous la forme du minéral moissanite ; toutefois, depuis 1893, il est produit en masse sous forme de poudre pour être utilisé comme abrasif. En outre, le carbure de silicium peut également être assemblé pour former des céramiques extrêmement dures utilisées dans des applications aux exigences rigoureuses, telles que les freins et embrayages de voitures et les plaques de gilets pare-balles. En outre, ce matériau peut également être transformé en composants électroniques fonctionnant à des températures ou des tensions élevées, tels que les diodes électroluminescentes et les détecteurs.

D'un point de vue chimique, le carbure de silicium (SiC) est un alliage composé de silicium et de carbone purs qui peut être dopé à l'azote, au phosphore ou au béryllium pour créer des semi-conducteurs de type n ou de type p par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Les plaquettes de SiC utilisées pour la production de semi-conducteurs sont fabriquées par dépôt chimique en phase vapeur, ce qui fait du dépôt chimique en phase vapeur un moyen inestimable de créer des plaquettes pour cette technologie de fabrication avancée. En outre, sa qualité de finition de surface élevée, son faible coefficient de frottement et son point de fusion élevé font du SiC un matériau indispensable pour les applications de revêtement réfractaire par laser ainsi que pour les applications de revêtement optique, grâce à la précision de la technologie de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) lors de la fabrication de plaquettes de silicium.