Le carbure de silicium est extr\u00eamement dur, mais moins que le diamant. Il se classe n\u00e9anmoins au deuxi\u00e8me rang des mat\u00e9riaux extr\u00eamement durs.<\/p>\n
Les pr\u00e9formes de diamant poreux li\u00e9es au carbone subissent une infiltration par force capillaire de silicium \u00e0 des temp\u00e9ratures sup\u00e9rieures \u00e0 son point de fusion, apr\u00e8s quoi le liant de carbone se transforme en graphite.<\/p>\n
Le diamant en carbure de silicium est un mat\u00e9riau \u00e0 tr\u00e8s haute temp\u00e9rature dot\u00e9 d'une excellente conductivit\u00e9 thermique, largement utilis\u00e9 dans les domaines de l'\u00e9lectricit\u00e9, de l'\u00e9lectronique et de l'ing\u00e9nierie industrielle. Les applications comprennent le refroidissement et le chauffage des semi-conducteurs, des transistors et des LED de puissance, ainsi que les applications d'\u00e9clairage des \u00e9crans LED. La conductivit\u00e9 thermique des composites SiC\/diamant d\u00e9pend de plusieurs facteurs, notamment la quantit\u00e9 et la taille du diamant, la composition du liant et la structure des interfaces entre les composants, ainsi que l'impact de la couche interm\u00e9diaire graphitique sur la conductivit\u00e9 thermique de ce mat\u00e9riau.<\/p>\n
Depuis la derni\u00e8re d\u00e9cennie, la cr\u00e9ation de mat\u00e9riaux hautement r\u00e9sistants \u00e0 l'usure et dot\u00e9s d'une excellente conductivit\u00e9 thermique est un objectif permanent de la recherche et du d\u00e9veloppement. Les mat\u00e9riaux en \"diamant de carbure de silicium\" peuvent \u00eatre produits par infiltration de silicium liquide par des forces capillaires \u00e0 des temp\u00e9ratures sup\u00e9rieures \u00e0 1425 degr\u00e9s Celsius pour former des structures cubiques en b-SiC qui pourraient remplacer les mat\u00e9riaux en acier traditionnels comme roulements, joints ou garnitures dans les applications industrielles.<\/p>\n
Pour obtenir une conductivit\u00e9 thermique optimale dans les composites SiC\/diamant, il est possible d'utiliser une distribution bimodale de grains de diamant de diff\u00e9rentes tailles et fractions afin d'augmenter la conductivit\u00e9 thermique. Les syst\u00e8mes bimodaux offrent une conductivit\u00e9 thermique nettement sup\u00e9rieure \u00e0 celle des syst\u00e8mes monomodaux en raison de la pr\u00e9sence de couches atomiques graphitiques entre les grains de diamant et leur matrice d'accueil en SiC.<\/p>\n
En outre, les couches atomiques graphitiques sont align\u00e9es perpendiculairement \u00e0 l'interface, cr\u00e9ant des syst\u00e8mes bimodaux avec des surfaces relativement grandes qui augmentent la conductivit\u00e9 thermique. La conductivit\u00e9 thermique augmente encore si le diamant est fritt\u00e9 \u00e0 des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es ou maintenu pendant des temps de maintien plus courts lors de l'infiltration de silicium, ce qui la rend sup\u00e9rieure \u00e0 celle du b-SiC pur ! En outre, la conductivit\u00e9 thermique des mat\u00e9riaux d\u00e9pend \u00e9galement de la quantit\u00e9 de silicium et de diamant libres.<\/p>\n
Le carbure de silicium, compos\u00e9 d'atomes de silicium et de carbone, a une duret\u00e9 de Mohs exceptionnelle de 9,5 et se classe donc juste derri\u00e8re le diamant en termes de duret\u00e9. En raison de sa r\u00e9sistance et de sa durabilit\u00e9, le carbure de silicium trouve de nombreuses utilisations industrielles.<\/p>\n
Le carbure de silicium partage de nombreuses propri\u00e9t\u00e9s avec le diamant, notamment sa structure cristalline t\u00e9tra\u00e9drique - quatre atomes de chaque \u00e9l\u00e9ment se partagent un r\u00e9seau cubique \u00e0 faces centr\u00e9es pour former de fortes liaisons covalentes similaires aux fortes liaisons t\u00e9tra\u00e9driques du diamant - ainsi qu'une r\u00e9sistance \u00e9lev\u00e9e \u00e0 la traction et un faible coefficient de frottement, ce qui fait de ces deux mat\u00e9riaux d'excellentes pi\u00e8ces \u00e0 usiner.<\/p>\n
Le carbure de silicium peut \u00eatre produit \u00e0 l'aide de plusieurs techniques, le carbure de silicium synth\u00e9tique \u00e9tant produit par la fusion de sable de quartz, de coke de p\u00e9trole (ou de charbon), de copeaux de bois ou d'autres mati\u00e8res premi\u00e8res dans des fours \u00e0 haute temp\u00e9rature. Une fois cr\u00e9\u00e9, le carbure de silicium pr\u00e9sente une duret\u00e9, un point de fusion \u00e9lev\u00e9 et r\u00e9siste \u00e0 l'oxydation, m\u00eame dans des conditions de temp\u00e9rature extr\u00eames.<\/p>\n
Le carbure de silicium a de nombreuses utilisations pratiques dans l'industrie. L'une de ces applications est la fabrication d'abrasifs. Gr\u00e2ce \u00e0 ses propri\u00e9t\u00e9s exceptionnelles de r\u00e9sistance et de solidit\u00e9, le carbure de silicium est un \u00e9l\u00e9ment indispensable des papiers de verre, des meules et des outils de coupe. Le carbure de silicium est \u00e9galement utilis\u00e9 comme composant d'isolation dans les fours industriels, comme pi\u00e8ces r\u00e9sistantes \u00e0 l'usure sur les pompes et les moteurs de fus\u00e9e et comme substrats semi-conducteurs utilis\u00e9s pour les diodes \u00e9lectroluminescentes (DEL).<\/p>\n
Il existe plusieurs m\u00e9thodes de production du carbure de silicium. Les techniques traditionnelles font appel \u00e0 un processus de frittage dans lequel le silicium et le carbone en poudre sont combin\u00e9s dans un bain de fusion \u00e0 haute pression pour former un bloc de carbure de silicium fritt\u00e9 qui peut ensuite \u00eatre d\u00e9coup\u00e9 selon les formes et les tailles souhait\u00e9es. Une autre solution consiste \u00e0 faire r\u00e9agir du silicium liquide avec du graphite poreux ; on obtient ainsi de la moissanite synth\u00e9tique noire qui poss\u00e8de certaines des m\u00eames propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques sans \u00eatre aussi co\u00fbteuse.<\/p>\n
Des mat\u00e9riaux diamant\u00e9s li\u00e9s au carbure de silicium sp\u00e9cialement produits avec des couches graphitiques \u00e0 l'interface se sont r\u00e9v\u00e9l\u00e9s exceptionnellement r\u00e9sistants, d\u00e9passant m\u00eame les interfaces diamant\/SiC sans graphite, bien qu'il ne soit pas certain que cela soit d\u00fb aux couches graphitiques interfaciales.<\/p>\n
Les diamants en carbure de silicium sont des mat\u00e9riaux extr\u00eamement r\u00e9sistants, dot\u00e9s d'une excellente stabilit\u00e9 chimique, qui conviennent aux applications d'usure telles que les joints, les inliners et les buses. En outre, ces diamants constituent d'excellents outils de coupe. En raison de leur structure cristalline solide et de leurs bonnes propri\u00e9t\u00e9s de duret\u00e9, l'usinage des diamants en carbure de silicium est relativement simple par rapport \u00e0 de nombreux autres mat\u00e9riaux durs et ils poss\u00e8dent \u00e9galement un faible coefficient de frottement, ce qui les rend adapt\u00e9s aux utilisations industrielles.<\/p>\n
Les diamants en carbure de silicium ont connu un d\u00e9veloppement rapide en raison des exigences accrues en mati\u00e8re de r\u00e9sistance \u00e0 l'usure. Le carbure de silicium, un compos\u00e9 inorganique compos\u00e9 de carbone et de silicium avec une structure cristalline hexagonale, peut \u00eatre produit sous diff\u00e9rentes formes et tailles. Edward Goodrich Acheson a cr\u00e9\u00e9 le premier compos\u00e9 de carbure de silicium en 1891 en chauffant de l'argile et du coke en poudre dans un bol en fer jusqu'\u00e0 la formation de cristaux bleus connus sous le nom de carborundum - Acheson pensait que ce mat\u00e9riau aurait une valeur sup\u00e9rieure \u00e0 celle du charbon car il pourrait \u00eatre utilis\u00e9 pour fabriquer des m\u00e9taux.<\/p>\n
Le carbure de silicium diff\u00e8re grandement du diamant pur en ce sens qu'il pr\u00e9sente une plus grande stabilit\u00e9 \u00e0 haute temp\u00e9rature et un faible coefficient de frottement, tout en \u00e9tant nettement moins cher. C'est pourquoi le carbure de silicium est devenu le mat\u00e9riau de pr\u00e9dilection pour les utilisations industrielles.<\/p>\n
Utilis\u00e9e comme poudre d'assise pour les pr\u00e9formes en diamant-siC, la poudre d'assise a-Si3N4 emp\u00eache la formation de carbure de silicium et de couches de corporation, ce qui augmente consid\u00e9rablement la r\u00e9sistance de l'interface diamant-siC par rapport aux \u00e9chantillons conventionnels noy\u00e9s dans le silicium fondu.<\/p>\n
Cependant, la nature exacte de ces interfaces reste largement inexpliqu\u00e9e. Elle pourrait r\u00e9sulter de liaisons plus faibles entre les plans graphitiques ou de phases diff\u00e9rentes \u00e0 l'interface, ce qui n\u00e9cessite des recherches plus approfondies pour \u00eatre pleinement compris.<\/p>\n
La spectrom\u00e9trie \u00e0 rayons X \u00e0 dispersion d'\u00e9nergie (EDX) a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9e pour \u00e9valuer la distribution de la densit\u00e9 atomique dans une couche amorphe constitu\u00e9e d'un mat\u00e9riau 3 C-SiC\/diamant. Une r\u00e9duction progressive a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9e dans les profils d'intensit\u00e9 pour les atomes de carbone et de silicium pr\u00e8s de leur interface de liaison, le carbone pr\u00e9sentant une pente moins raide. Les profils de densit\u00e9 du silicium sont l\u00e9g\u00e8rement concaves, tandis que ceux du carbone sont plus graduels.<\/p>\n
Les diamants sont des gemmes naturelles form\u00e9es au cours de millions d'ann\u00e9es, mais leur production peut \u00eatre r\u00e9alis\u00e9e de mani\u00e8re synth\u00e9tique dans un laboratoire pour un co\u00fbt bien moindre. Le carbure de silicium, une autre pierre pr\u00e9cieuse synth\u00e9tique aux propri\u00e9t\u00e9s similaires mais beaucoup moins co\u00fbteuse, est beaucoup plus durable et rentable. Son indice de r\u00e9fraction \u00e9lev\u00e9 lui permet de refl\u00e9ter la lumi\u00e8re plus efficacement que les autres pierres pr\u00e9cieuses, tandis que sa durabilit\u00e9 lui permet d'\u00eatre port\u00e9 tous les jours. En outre, son faible point de fusion lui permet de r\u00e9sister aux temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es et aux produits chimiques sans se fissurer sous la pression.<\/p>\n
La microstructure des composites diamant-carbure de silicium est g\u00e9n\u00e9ralement constitu\u00e9e de r\u00e9seaux tridimensionnels interp\u00e9n\u00e9tr\u00e9s compos\u00e9s de SiC et de diamant. La taille et la morphologie des particules d\u00e9terminent la structure finale des carbures de silicium \u00e0 triple jonction ; en g\u00e9n\u00e9ral, les couches atomiques de l'interface graphitique s'orientent perpendiculairement \u00e0 la surface du diamant\/SiC pour former des liaisons \u00e9troites avec elle - leur \u00e9paisseur \u00e9tant g\u00e9n\u00e9ralement bien inf\u00e9rieure \u00e0 la longueur de liaison entre les atomes de carbure de silicium et les couches atomiques de diamant.<\/p>\n
Pour obtenir une conductivit\u00e9 thermique optimale du diamant en carbure de silicium, il est essentiel de comprendre comment ses atomes interagissent. Un faisceau de rayons X synchrotron peut \u00eatre utilis\u00e9 pour examiner les interfaces entre le diamant et le carbure de silicium ainsi que leurs param\u00e8tres structurels et leur interaction. Les r\u00e9sultats ont montr\u00e9 de faibles interactions interparticulaires ; les zones de contact entre le diamant et les particules de carbure de silicium contiennent des couches de carbone vitreux, des couches limites graphitiques et des micropores - ce qui indique une mauvaise conductivit\u00e9 thermique du diamant.<\/p>\n
Le carbure de silicium et le diamant interagissent \u00e9troitement, mais sa r\u00e9sistance d\u00e9pend \u00e9galement de sa microstructure. Cette microstructure consiste en un r\u00e9seau tridimensionnel de particules de diamant et de carbure de silicium dont la surface n'est recouverte que d'un minimum de couches interm\u00e9diaires graphitiques ; en outre, cette microstructure d\u00e9termine \u00e9galement les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques telles que la r\u00e9sistance \u00e0 la rupture.<\/p>\n
La r\u00e9sistance d'un \u00e9chantillon en porte-\u00e0-faux augmente \u00e0 mesure que les interfaces diamant\/SiC s'inclinent vers l'extr\u00e9mit\u00e9 charg\u00e9e, comme le montrent les simulations de dynamique mol\u00e9culaire des interfaces parall\u00e8les. Un \u00e9chantillon avec une inclinaison de 40 nanom\u00e8tres s'est av\u00e9r\u00e9 particuli\u00e8rement solide.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide is extremely hard, yet still less so than diamond. But it still ranks second as an extremely hard material. Porous carbon-bonded diamond preforms undergo infiltration by infusing silicon through capillary force at temperatures exceeding its melting point, whereupon the carbon binder transforms into graphite. Thermal Conductivity Silicon carbide diamond is an extremely high-temperature […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[64],"tags":[],"class_list":["post-409","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=409"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":410,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409\/revisions\/410"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=409"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=409"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=409"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}