À quoi sert le carbure de silicium ?

Le carbure de silicium a de nombreuses applications et se présente sous la forme d'abrasifs, de poudre céramique et de blindage pare-balles.

Le carborundum (SiC), un composé cristallin de silicium et de carbone, est l'une des substances connues les plus dures, avec des propriétés uniques qui le rendent utile dans diverses industries.

Abrasif

Le carbure de silicium est dur et cassant, ce qui en fait un matériau abrasif efficace. Les fabricants l'utilisent pour fabriquer des produits tels que le papier de verre ; ce matériau se décline en différentes tailles de grains, des plus grossiers aux plus fins, pour les opérations de meulage, les plus grossiers étant utilisés pour enlever de grandes quantités de matière lors des opérations de meulage initiales, tandis que les plus fins polissent les surfaces des pièces à usiner pour produire des finitions lisses.

Le carbure de silicium abrasif est utilisé dans les produits nécessitant une grande endurance, tels que les freins de voiture et les plaques de céramique utilisées dans les gilets pare-balles. En outre, ce matériau peut également être utilisé dans des matériaux composites tels que le carbure de silicium renforcé par des fibres de carbone (CFRC).

Réfractaire

Le carbure de silicium est une matière première indispensable à la production de matériaux réfractaires. Ses propriétés chimiques stables, sa conductivité thermique élevée, son faible coefficient de dilatation thermique et son excellente résistance à l'usure en font un matériau idéal pour créer des abrasifs résistants aux températures élevées, tels que les abrasifs à bande, le papier de verre, les meules et les outils en pierre à huile, ainsi que les machines-outils en silicium monocristallin ou en silicium polycristallin.

Le métal est très dur et cassant, mais il présente une grande stabilité thermique et mécanique. Composé d'atomes de silicium entourés d'atomes de carbone et d'oxygène, sa composition lui confère une résistance à la chaleur et aux contraintes mécaniques ainsi qu'un point de fusion impressionnant.

Le carbure de silicium pur est incolore ; les qualités industrielles peuvent avoir une couleur allant du brun au noir en raison d'inclusions de fer, d'aluminium, d'azote ou de carbone libre. Il existe des méthodes de dopage qui permettent de créer différents semi-conducteurs : par exemple, le carbure de silicium de type n peut être dopé à l'azote ou au phosphore, tandis que les versions de type p peuvent être dopées à l'aluminium, au bore ou au gallium.

Armure à l'épreuve des balles

Le carbure de silicium est l'un des matériaux les plus durs sur Terre. Il est donc idéal pour les gilets pare-balles portés par les policiers et les militaires, et ses propriétés thermiques le rendent résistant à la chaleur.

Les matériaux céramiques comme celui-ci sont réputés pour leur solidité. En outre, la céramique est un excellent conducteur de chaleur et d'électricité, ce qui la rend parfaite pour les applications électroniques telles que les transistors de puissance. La résistance à la corrosion est un autre avantage.

Le carbure de silicium pur possède une structure multicouche et existe en différents polytypes ou variétés, chacun se distinguant par sa séquence d'empilement qui donne à chaque type sa caractéristique physique unique - par exemple, certaines formes contiennent des liaisons covalentes entre quatre atomes de carbone liés de manière covalente à un atome de silicium, formant une structure de réseau complexe.

La moissanite est produite synthétiquement et ne se trouve que rarement dans la nature, bien que de petites quantités puissent exister sous forme de bijoux en moissanite. La moissanite joue un rôle essentiel dans les véhicules électriques, car sa capacité à résister à des températures élevées permet aux véhicules de devenir plus efficaces sur le plan énergétique tout en diminuant les systèmes de refroidissement actifs qui ajoutent du poids, du coût et de la complexité.

Semi-conducteurs

Les céramiques de carbure de silicium sont des céramiques non oxydées polyvalentes utilisées dans des applications nécessitant à la fois une résistance mécanique et thermique, telles que les pièces résistantes à l'usure, les matériaux réfractaires pour la résistance à la chaleur, les matériaux réfractaires pour contrôler la dilatation thermique et les dispositifs électroniques à semi-conducteurs fonctionnant à des températures ou des tensions élevées. La dureté du carbure de silicium le rend apte à ces utilisations, tandis que sa conductivité thermique en fait un matériau efficace pour la résistance à la chaleur. Sa grande variété d'utilisations s'étend au-delà des seules applications mécaniques, comme par exemple les abrasifs, les pièces résistantes à l'usure, les matériaux réfractaires pour la résistance à la chaleur et les dispositifs électroniques à semi-conducteurs fonctionnant à des températures ou des tensions élevées.

Le carbure de silicium cristallin se présente sous la forme d'une structure étroitement empilée composée d'atomes liés par covalence qui forment deux tétraèdres de coordination primaires composés de quatre atomes de silicium et de quatre atomes de carbone, ce qui lui confère une dureté et une résistance incroyables. Malheureusement, il est insoluble dans l'eau ou l'alcool, mais résiste à la plupart des acides/sels organiques et inorganiques (à l'exception de l'acide fluorhydrique et des fluorures d'acide).

Les semi-conducteurs en carbure de silicium possèdent une large bande interdite qui permet de fabriquer des dispositifs beaucoup plus petits et plus efficaces que les dispositifs équivalents en silicium (Si), ce qui ouvre la possibilité de les utiliser pour l'électronique de puissance dans les véhicules électriques ainsi que pour soutenir les processus de numérisation dans les processus industriels.