Qu'est-ce que le carbure de silicium ?

Le carbure de silicium présente une très grande résistance à des températures élevées, ainsi qu'une grande dureté, une résistance à la corrosion, une résistance aux chocs thermiques et une tolérance aux chocs thermiques.

Le carbure de silicium lié par réaction (RBSiC) est produit par infiltration de silicium liquide dans des préformes poreuses en carbone ou en graphite de dimensions précises. Ce procédé permet d'obtenir des produits de haute densité aux dimensions précises.

Dureté

Le carbure de silicium, ou SiC, est un matériau céramique indestructible capable de résister à des températures élevées, à la corrosion chimique et à l'usure mécanique. C'est l'un des grains abrasifs les plus couramment utilisés, avec une dureté Mohs moyenne de 9 comparable à celle du diamant. Le carbure de silicium présente une excellente résistance à l'érosion et une grande stabilité thermique, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications nécessitant une vitesse et des tolérances rapides lors des opérations d'usinage.

Le carbure de silicium fritté et le carbure de silicium lié par réaction sont les deux principales formes de carbure de silicium. Les variétés liées par réaction ont tendance à être plus denses, mais ont une ductilité et une résistance moindres ; la production implique l'infiltration de corps métalliques ou céramiques poreux avec du silicium liquide afin de réagir avec les molécules de carbone présentes, de remplir les pores, puis de fritter pour former des masses solides denses.

Le carbure de silicium fritté (SSiC) est fabriqué en pressant et en frittant de l'a-SiC en poudre avec des additifs de frittage en une pièce solide, généralement pour des applications nécessitant des niveaux élevés de résistance et de dureté. Le carbure de silicium fritté se présente sous différentes formes et tailles afin de répondre aux exigences de diverses industries.

Le frittage est une réaction thermochimique au cours de laquelle les particules de poudre se combinent pour former un matériau solide, créant une pièce unique et uniforme à des températures relativement basses et des temps de frittage courts. Cela fait du SSiC un matériau économique dont les propriétés mécaniques et la résistance chimique sont supérieures à celles des procédés de fabrication de l'a-SiC par dépôt en phase vapeur (CVD).

Résistance à la corrosion

Le carbure de silicium présente une excellente résistance chimique aux environnements agressifs tels que les acides chlorhydrique et sulfurique. En outre, sa structure unique forme une couche superficielle protectrice qui assure une protection maximale. Cela explique sa haute performance contre les bases (par exemple la potasse et la soude caustique) ainsi que les acides oxydants comme l'acide nitrique. Cette résistance peut être attribuée à ses propriétés inhérentes, qui créent une couche de passivation à sa surface.

Cette couche empêche le contact direct entre le substrat et les espèces attaquantes, ainsi que la diffusion de l'oxygène à travers le substrat, ce qui réduit considérablement les taux de corrosion. Sa composition et son épaisseur dépendent de facteurs tels que le matériau utilisé dans sa construction ainsi que la température d'exposition ou les environnements chimiques immédiats dans lesquels les composants existent.

Le carbure de silicium lié par réaction (RB SiC) surpasse le carbure de silicium fritté conventionnel (SSiC). Produit par infiltration de silicium liquide dans des préformes poreuses en carbone ou en graphite, le RB SiC offre une dureté et une résistance supérieures, ainsi qu'une bonne résistance aux chocs thermiques et à la corrosion.

En outre, le SiC RB a démontré des résistances exceptionnelles à la compression, à la traction et à la flexion en raison de sa microstructure très dense et de sa faible température de traitement obtenue par frittage par réaction. En outre, sa résistance à la flexion augmente à mesure que la taille du silicium résiduel diminue ; plus de 1000 MPa ont été obtenus en contrôlant la taille des particules de silicium en dessous de 100 nm pour obtenir des résultats d'essai optimaux.

Conductivité thermique

Le carbure de silicium (SiC) est l'un des matériaux céramiques les plus durs. Il présente d'excellentes propriétés de résistance à l'usure, de stabilité thermique et de conductivité thermique. En outre, la résistance à la corrosion et aux chocs thermiques du carbure de silicium le rend inégalé par rapport à tout autre matériau sur le marché. Fabriqué par collage par réaction ou par frittage direct, le SiC collé par réaction offre une dureté inférieure, mais il est plus économique et plus facile à travailler que son homologue fritté directement.

La conductivité thermique du SiC dépend fortement de la méthode de frittage et de l'utilisation d'additifs. Par exemple, le SiC fritté avec 9 poids% Y2O3-Er2O3 présente une résistivité électrique beaucoup plus faible que les échantillons sans cet additif ; cela est probablement dû au grand nombre de vides et de défauts cristallographiques présents dans sa phase, qui réduisent la conductivité thermique.

Les additifs de frittage sont ajoutés à la poudre de SiC avant le frittage afin d'augmenter la densité du produit fini et donc d'améliorer la densité. Malheureusement, leur ajout peut augmenter la température de frittage et diminuer la résistance à la flexion ; il est donc essentiel de trouver un équilibre entre la conductivité thermique et la résistance à la flexion de la céramique SiC. Ceci peut être réalisé en sélectionnant les additifs de frittage appropriés et en adaptant le processus de frittage en conséquence ; en outre, des joints de grains propres contribuent à augmenter la conductivité thermique car ils aident à réduire la perte de chaleur entre les grains et les vides, ce qui augmente la conductivité thermique en réduisant la perte de chaleur entre les grains/vides, ce qui augmente encore la conductivité thermique ; en outre, des joints de grains propres contribuent également à augmenter la conductivité thermique en réduisant la perte de chaleur entre les grains/vides, ce qui conduit finalement à une plus grande conductivité thermique entre les grains/vides, ce qui augmente la conductivité thermique de la céramique.

Résistance chimique

Le SiC est connu pour sa résistance à la corrosion dans divers environnements chimiques. Ceci est principalement dû à la formation d'une couche d'oxyde sur sa surface qui le protège du contact direct avec tout produit chimique potentiellement corrosif, tout en étant un matériau inerte avec très peu de réactivité chimique - ce qui renforce encore sa résistance.

Les céramiques de carbure de silicium frittées sans pression présentent la plus grande résistance à la corrosion parmi les céramiques non oxydées, résistant à tous les acides courants (chlorhydrique, sulfurique, bromhydrique et fluorhydrique), à toutes les bases (amines, potasse et soude caustique) ainsi qu'aux milieux oxydants tels que l'acide nitrique. Toutefois, sa résistance à l'usure est inférieure à celle des carbures de tungstène cimentés au cobalt-chrome, alors que le diamant offre une meilleure protection contre l'usure.

Le carbure de silicium lié par réaction n'offre peut-être pas la même résistance à la corrosion et à l'abrasion, mais sa grande dureté, sa résistance à des températures élevées et sa conductivité thermique en font un matériau idéal pour les faces de joints, les pièces de pompes et d'autres applications à hautes performances. En outre, il présente l'un des coefficients de dilatation thermique les plus faibles parmi les céramiques non oxydées, ce qui lui confère des performances optimales dans divers environnements industriels.

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