Définition du carbure de silicium

Le carbure de silicium, plus communément désigné par son acronyme SiC, est un matériau abrasif composé de silicium et de carbone qui est produit industriellement depuis la fin du XIXe siècle pour être utilisé comme abrasif. En outre, des dépôts naturels de SiC sont présents dans les formations minérales de moissanite.

Les émaux céramiques contiennent des poudres de cette substance qui, lorsqu'elles sont ajoutées aux cuissons des fours à céramique, produisent des bulles de verre qui ajoutent un attrait visuel et textural.

Abrasif

Le carbure de silicium est une substance extrêmement dure utilisée comme agent de sablage lors du broyage de matériaux, dont l'indice sur l'échelle de Mohs est proche de celui du diamant. En outre, ce matériau céramique entre dans la composition de meules et d'outils de coupe, ainsi que de produits tels que la toile émeri, le papier de verre et les semelles de chaussures, les briques réfractaires pour fours de l'industrie métallurgique et céramique des métaux non ferreux, les briques réfractaires pour fours de l'industrie métallurgique des métaux non ferreux, les briques réfractaires pour fours de l'industrie métallurgique des métaux non ferreux, les briques réfractaires pour fours de l'industrie métallurgique des métaux non ferreux, ou encore les applications à haute température telles que les plaques de céramique utilisées dans les gilets pare-balles.

Les qualités abrasives du carbure de silicium proviennent de sa structure cristalline en couches. Chaque atome de carbone est lié à quatre atomes de silicium dans une configuration octaédrique, ce qui lui confère de fortes propriétés de liaison. Ce matériau est l'une des seules substances synthétiques à posséder de telles propriétés qui permettent d'affirmer avec force les performances des applications industrielles.

Les miroirs en carbure de silicium sont le matériau idéal pour les télescopes astronomiques en raison de leur rigidité, de leur faible dilatation thermique et de leur résistance. Le télescope spatial Herschel et le télescope spatial Gaia utilisent tous deux des miroirs en carbure de silicium pour réfléchir la lumière. Le dépôt chimique en phase vapeur est un moyen efficace de créer ces matériaux, car le silicium et le carbone se développent ensemble sous forme de films polycristallins sur des substrats en verre.

Semi-conducteurs

Les semi-conducteurs en carbure de silicium ont fait des progrès considérables dans l'industrie automobile grâce à leur capacité à supporter des tensions élevées. Cette prouesse peut être attribuée à sa large bande interdite qui permet aux électrons de passer plus facilement que les semi-conducteurs en silicium standard.

Les propriétés uniques du carbure de silicium lui permettent d'être utilisé dans diverses applications électriques, y compris la production d'énergie. Ainsi, le carbure de silicium est de plus en plus utilisé dans les véhicules électriques, où il permet de créer des composants électroniques de puissance plus efficaces et plus puissants, capables de résister à des tensions plus élevées que leurs équivalents en silicium.

Le carbure de silicium n'existe pas à l'état naturel (sauf sous la forme d'un minéral rare appelé moissanite), mais il est produit en masse sous forme de poudre depuis plus de 100 ans et est désormais utilisé dans des applications telles que les meules, les abrasifs et les gilets pare-balles. Ses propriétés supérieures comprennent une dureté élevée (9 sur l'échelle de Mohs), une inertie chimique, une conductivité thermique et une résistance à l'abrasion - des qualités qui font que le carbure de silicium est très recherché par les fabricants de ces applications.

Le carbure de silicium se présente sous la forme de deux tétraèdres de coordination primaires composés de quatre atomes de silicium et de quatre atomes de carbone liés par des liaisons covalentes, appelés tétraèdres de coordination. En modifiant son arrangement atomique pour produire différents polytypes, il est possible de produire des structures cristallines. En ajoutant des impuretés telles que des substances trivalentes ou pentavalentes, les ingénieurs peuvent modifier les propriétés électriques pour répondre à différentes applications - les dopants les plus courants sont le bore, le phosphore et l'arsenic comme dopants pour le carbure de silicium.

Résistant à la chaleur

La nature dure et durable du carbure de silicium lui permet de résister à des températures élevées et à l'usure, ce qui en fait un matériau clé pour les revêtements de fours industriels, les composants de moteurs de fusées, les outils résistants à l'usure tels que les meules et les lames d'outils, les céramiques et même dopé à l'azote, au phosphore, à l'aluminium ou au gallium pour produire des semi-conducteurs utilisés dans l'électronique tels que les diodes électroluminescentes (DEL).

Le carbure de silicium est présent à l'état naturel sous la forme du minéral moissanite. Découvert pour la première fois en 1893 dans le cratère météorique de Canyon Diablo, en Arizona, sa structure ressemble à celle des diamants - en fait, les bijoux en moissanite sont depuis longtemps vendus comme alternative.

Le carbure de silicium est depuis longtemps reconnu pour son utilisation dans l'art et l'artisanat en raison de ses propriétés abrasives. Il est utilisé pour poncer le bois, les métaux et les pierres afin d'obtenir des surfaces lisses pour la peinture ou le vernissage. En outre, il fait partie intégrante de la lapidairerie moderne et est utilisé dans de nombreuses techniques allant de la gravure sur verre à la sculpture sur pierre.

Elkem SiC propose le carbure de silicium StarCeram S, une céramique industrielle qui peut être façonnée en différentes formes et tailles pour des applications spécifiques, avec des finitions de surface fines à des fins de polissage. Notre usine de Liège, en Belgique, dispose d'un équipement de pointe capable de fabriquer des produits SiC selon des spécifications précises.

Conducteur électrique

Le carbure de silicium (SiC), communément appelé carborundum, existe à l'état naturel sous forme de moissanite et est produit en masse sous forme de poudre depuis 1893 pour des applications abrasives telles que les meules. Depuis 1893, il est également fritté en masse pour former des céramiques très dures qui sont utilisées dans des applications nécessitant une grande endurance telles que les freins de voiture, les embrayages et les plaques de céramique pour gilets pare-balles incorporées avec des plaques de SiC incorporées avec du silicium à large bande interdite. La large bande interdite du SiC le rend supérieur au silicium à ces égards.

La bande interdite désigne la quantité d'énergie nécessaire aux électrons pour passer de la bande de valence à la bande de conduction dans un atome, ce qui permet aux électrons de se déplacer plus rapidement et plus efficacement - des caractéristiques essentielles pour les dispositifs semi-conducteurs fonctionnant à des vitesses et/ou des tensions élevées. Une bande interdite plus large permet aux électrons de se déplacer plus rapidement entre ces bandes.

Le SiC possède une bande interdite étendue par rapport au silicium semi-conducteur traditionnel, ce qui en fait un matériau idéal pour l'électronique de puissance, comme celle que l'on trouve dans les onduleurs de traction des véhicules électriques. La conductivité thermique supérieure du SiC par rapport au silicium ajoute encore à cet avantage et permet un fonctionnement plus efficace de l'électronique de puissance sans nécessiter de systèmes de refroidissement actifs qui ajoutent du poids et du coût aux véhicules électriques.