Utilisation du carbure de silicium

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau extrêmement dur qui a de nombreuses utilisations. Vous pouvez rencontrer le SiC dans les disques de frein "céramiques" haute performance pour les voitures ou même dans les plaques céramiques pour les gilets pare-balles.

La moissanite est un minéral rare qui existe à l'état naturel, mais elle est produite en masse sous forme de poudre depuis 1893 pour être utilisée comme abrasif. En outre, elle est utilisée comme composant essentiel dans les semi-conducteurs électroniques qui fonctionnent dans des conditions de température et de tension extrêmes.

Réfractaires à haute température

Les réfractaires en carbure de silicium sont des matériaux de haute performance qui se distinguent par leur solidité, leur résistance à la corrosion et leur stabilité aux chocs thermiques. Disponibles sous forme de briques ou de revêtements, les réfractaires en carbure de silicium sont utilisés dans des applications à haute température telles que la production de sels fondus et de scories acides ; leur particularité réside dans leur résistance au ramollissement jusqu'à 15 000 °C à des températures aussi élevées que le point de fusion de ce dernier (le carbure de silicium noir [SiC] étant la matière première utilisée pour ces réfractaires).

Le carbure de silicium, communément désigné par sa formule chimique SiC, est un composé cristallin extrêmement dur produit synthétiquement et composé de silicium et de carbone. Il existe à l'état naturel sous la forme d'un minéral rare, la moissanite, mais sa production de masse a débuté en 1893 pour être utilisé comme abrasif et comme pièce résistante à l'usure dans l'industrie et dans les moteurs de fusée.

Les réfractaires en carbure de silicium liés à l'argile constituent un choix idéal pour les applications à haute température, car le processus de liaison garantit l'intégrité structurelle à haute température tout en résistant aux acides et autres matériaux corrosifs. En outre, ces réfractaires relativement peu coûteux se sont révélés extrêmement durables au fil du temps ; ils sont souvent soumis à des essais de corrosion à la vapeur (photographie, pesée et mesure d'éprouvettes avant leur exposition à la vapeur pendant 500 heures afin de déterminer leur performance sous des pressions et des températures aussi extrêmes).

Pièces résistantes à l'usure

Le carbure de silicium peut être utilisé pour toute une série d'applications résistantes à l'usure. En raison de sa solidité, de sa dureté, de sa durabilité, de sa résistance aux attaques chimiques et de sa résistance à la température, le carbure de silicium est un excellent matériau pour lutter contre l'usure de l'acier et des alliages métallurgiques. Il convient donc pour remplacer les rouleaux ou les pièces métalliques dans les laminoirs en acier, les pompes à sable, les hydrocyclones, les concasseurs ou les tubes de chemises de cylindres.

Le placage sans électrolyse offre un autre avantage : il peut être appliqué de manière plus cohérente sans créer d'incohérences typiques des procédés traditionnels de placage au nickel, ce qui garantit que les angles vifs et les évidements restent nets sans accumulation d'arêtes, tandis que les trous traversants restent intacts et inaltérés dans presque toutes les configurations géométriques.

Le carbure de silicium se distingue des matériaux utilisés pour les appareils électroniques par sa résistance supérieure à la température et sa structure atomique unique, offrant des propriétés semi-conductrices exceptionnelles qui le rendent bien adapté à la fabrication d'appareils électroniques. Sa résistance aux variations de température est jusqu'à 10 fois supérieure à celle du silicium, le matériau de prédilection dans la production de semi-conducteurs, de même que sa résistance aux chocs thermiques et sa capacité à supporter des pressions très élevées. Le carbure de silicium est largement utilisé comme composant important des semi-conducteurs de puissance pour les générateurs à haute tension et les chargeurs embarqués pour les systèmes de recharge des véhicules hybrides et électriques, ainsi que pour remplacer les batteries au lithium, coûteuses mais dangereuses pour l'environnement.

Dispositifs semi-conducteurs

Dans sa forme pure, le carbure de silicium agit comme un isolant électrique ; mais lorsqu'il est modifié par des impuretés ou des agents dopants, sa conductivité électrique change et il présente des propriétés de semi-conduction, ne permettant pas au courant libre de circuler, mais ne le repoussant pas non plus. Ces caractéristiques de semi-conductivité font que le carbure de silicium convient à la création de dispositifs électroniques qui amplifient, commutent ou convertissent les signaux dans les circuits électriques.

Les dispositifs en carbure de silicium bénéficient d'une large bande interdite qui leur permet de fonctionner à des températures et à des fréquences plus élevées que les semi-conducteurs traditionnels, ce qui les rend adaptés aux contextes industriels et leur permet d'obtenir des gains d'efficacité énergétique significatifs par rapport à leurs homologues en silicium.

Les dispositifs de puissance en carbure de silicium sont largement utilisés dans les systèmes de transport ferroviaire pour réduire les pertes d'énergie et améliorer l'efficacité de la charge. Ils sont également utilisés dans les onduleurs solaires et les dispositifs de stockage de l'énergie pour améliorer l'efficacité et la fiabilité.

La dynamique du marché du carbure de silicium est en constante évolution, car de nouvelles applications stimulent son expansion et sa demande. Les applications comprennent l'électronique de puissance, l'automobile et l'aérospatiale. La croissance du marché du carbure de silicium pour l'électronique de puissance devrait atteindre plus de 27% d'ici 2021 en raison de la demande croissante de véhicules électriques et d'infrastructures 5G, ainsi que de stations de recharge rapide ; par conséquent, l'expansion des capacités et l'investissement dans de nouvelles technologies doivent avoir lieu afin de fournir des dispositifs d'alimentation efficaces pour les soutenir.

Traitement chimique

Le carbure de silicium (SiC) est un composé de silicium et de carbone extrêmement dur, produit synthétiquement, dont la dureté de Mohs est de 9 et qui est presque aussi dur que le diamant. Le carbure de silicium est utilisé dans des applications allant des processus d'usinage abrasifs tels que le sablage et le meulage aux pièces résistantes à l'usure pour les fours industriels, en passant par les pièces résistantes à l'usure pour les substrats de production de diodes électroluminescentes et les diodes électroluminescentes (DEL).

Les réfractaires peuvent également être utilisés dans les matériaux composites, comme ceux que l'on trouve dans les gilets pare-balles. Leur solidité et leur durabilité leur permettent de résister à des impacts de balles à grande vitesse, tandis que leur faible section transversale de neutrons les protège des dommages causés par les radiations.

La liaison par réaction et le frittage peuvent tous deux être utilisés pour créer du SiC, chacun produisant des microstructures différentes dans le matériau final. Le SiC lié par réaction est produit en infiltrant des compacts de mélanges de SiC et de carbone avec du silicium liquide, qui réagit avec le carbone pour former davantage de particules de SiC qui lient ensuite les particules initiales. Le SiC fritté peut également être produit en utilisant de la poudre de SiC pur mélangée à des adjuvants de frittage non oxydés et chauffée à des températures élevées jusqu'à ce que la solidification se produise.

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