Carbure de silicium fritté

Le carbure de silicium est l'un des matériaux céramiques les plus durs, doté d'une résistance et d'une conductivité thermique extrêmement élevées. En outre, sa résistance à l'oxydation et à la corrosion le rend adapté aux environnements à haute température.

Le SiC lié par réaction présente des grains grossiers et une faible résistance à la corrosion, tandis que le SiC fritté directement est plus dense et offre de meilleures performances à haute température. Le frittage sans pression utilise une poudre de SiC très fine avec des additifs de frittage sans oxyde pour produire un matériau dense avec d'excellentes propriétés physiques.

Dureté

Le carbure de silicium est l'un des matériaux abrasifs courants les plus durs, avec une dureté de 9,5 sur l'échelle de Mohs, proche de celle du diamant (10). Cette dureté lui confère une excellente résistance à l'usure, même à des températures élevées ; les produits chimiques, les sels, les acides et les alcalis ne constituent pas une grande menace ; la résistance aux chocs thermiques est bonne ; en outre, son poids est inférieur de moitié à celui de l'acier !

Le frittage en phase liquide présente des avantages par rapport à d'autres procédés, notamment des températures de traitement basses et une bonne aptitude à la mise en forme. En outre, sa densité totale et ses propriétés mécaniques supérieures le rendent adapté à l'usinage abrasif, au meulage et au polissage, ainsi qu'aux applications de coupe, de perçage, de gravure et de fraisage.

Le SiC fritté est largement utilisé pour les pièces d'équipement de production de semi-conducteurs, les lasers et les applications structurelles des réacteurs de fusion en raison de son exceptionnelle stabilité chimique, de sa résistance à la température, de sa faible densité, de sa solidité, de sa résistance à l'usure et de sa faible énergie d'activation. Les qualités de SiC liées par réaction et frittées directement sont disponibles ; les qualités liées par réaction offrent généralement des coûts inférieurs avec une granulométrie plus grossière pour un impact et un travail thermique plus faibles, tandis que les qualités frittées directement offrent une résistance supérieure à l'usure à des températures élevées avec une granulométrie plus fine qui offre une plus grande résistance à l'usure à des températures élevées. Les nuances à liant réactif, dont les grains sont plus grossiers et plus fins, sont généralement spécifiées et plus souvent utilisées. Pour une plus grande dureté dans les conditions de travail que les applications à haute température ou le travail requis que les types frittés directs utilisés en raison de la résistance supérieure à l'usure à des températures élevées plus souvent spécifiés par rapport à l'utilisation, respectivement en raison de la résistance supérieure à l'usure à des températures élevées sont souhaités et la dureté est préférée lorsque spécifiée que les types frittés directs sont préférés en raison de la résistance supérieure à l'usure/dureté à des températures élevées plus souvent spécifiés directement Les types frittés lorsque spécifiés avec les grades frittés directs peuvent nécessiter les deux options sont spécifiées et la dureté est fournie plus souvent utilisée ainsi.

La force

Le carbure de silicium est un matériau céramique réfractaire extrêmement solide, doté d'une dureté supérieure, d'une résistance aux températures élevées et d'une résistance à la corrosion chimique - des propriétés qui en font l'un des réfractaires les plus polyvalents au monde et qui sont utilisées dans diverses applications industrielles.

Le frittage par pressage à chaud est l'une des principales méthodes de production des céramiques SiC. Cette technique utilise une poudre de carbure de silicium extrêmement fine mélangée à des additifs de frittage qui est compactée à l'aide de méthodes traditionnelles de formage des céramiques telles que la presse isostatique, le pressage sous pression ou l'injection, afin de produire des structures denses composées de minuscules particules qui assurent la résistance.

Le frittage sans pression en phase liquide du SiC (LPPSiC) est une autre technique de densification du SiC. Dans ce cas, du silicium liquide ou un alliage de silicium est introduit dans un corps vert de particules d'a-SiC pour former du b-SiC qui réagit et se lie aux particules d'a-SiC existantes pour les densifier et densifier le corps dans son ensemble.

Le carbure de silicium fritté par réaction présente une excellente aptitude à façonner des formes complexes, des températures de traitement et des niveaux de pureté faibles ; ses propriétés mécaniques, telles que la résistance à la flexion, sont inférieures à celles du carbure de silicium fritté normal ; pour améliorer cette propriété, il est nécessaire de contrôler les tailles résiduelles de Si en contrôlant les tailles de particules inférieures à 100 nm - cette réalisation marque un grand succès dans l'amélioration de la résistance des céramiques LSiC.

Résistance à la corrosion

Le carbure de silicium présente une excellente résistance à la corrosion et peut supporter des températures allant jusqu'à 1 900 degrés Celsius, ce qui le rend adapté aux applications où les chocs chimiques et thermiques peuvent endommager les composants.

La corrosion des céramiques résulte de la formation d'une couche d'oxyde à leur surface, généralement de silice ou de silicate, en fonction de facteurs tels que l'exposition à l'environnement, les impuretés, les adjuvants de frittage, les phases de joints de grains et les réactions qui se sont produites peu de temps après. Cela entraîne de grandes variations dans le comportement à la corrosion des matériaux en carbure de silicium et en nitrure de silicium.

Les principales préoccupations lors de la conception de matériaux destinés à être utilisés dans des environnements corrosifs étant le taux de survie (mesuré comme le taux de récession dans un milieu corrosif) et la résistance mécanique (résistance à l'anneau en C ou à la flexion en quatre points), la corrosion augmente les défauts de surface qui affaiblissent sa résistance au fil du temps et réduisent sa durée de vie mécanique.

Le carbure de silicium fritté est un excellent choix pour une utilisation dans des environnements difficiles en raison de sa combinaison de haute résistance mécanique et à l'usure, de sa faible densité spécifique et de ses excellentes propriétés tribologiques. Il est souvent utilisé dans les composants qui doivent résister à des chocs dus à des charges lourdes, comme les buses de sablage ou les roulements à billes. En outre, il est largement utilisé dans les freins en carbure de silicium renforcés de fibres de carbone ou dans la production de blindages pare-balles, car il résiste à des contraintes et à des températures élevées.

Durabilité

Le carbure de silicium fritté est un matériau céramique extrêmement dur qui présente une résistance supérieure à l'usure et des propriétés de protection contre la corrosion, ce qui en fait un excellent matériau abrasif. On le trouve dans les meules, les pierres pour les processus de rodage, les sableuses et les fraises à jet d'eau pour les applications de meulage ou de rodage, ainsi que pour les processus de découpage au jet d'eau.

La résistance chimique de ce matériau lui permet de supporter une exposition prolongée aux acides, sels et alcalis inorganiques courants sans subir de dégradation. En outre, sa durabilité est accrue par des liaisons covalentes très serrées formées de 4 atomes de silicium et de 4 atomes de carbone dans la formation de coordinations tétraédriques.

Le SiC fritté est créé en pressant et en frittant (en les chauffant) des particules de poudre de silice. Le frittage permet à ces particules individuelles de fusionner pour former une pièce solide d'une grande dureté et d'une grande solidité, qui résiste également à l'oxydation et à la corrosion ; en outre, il est plus durable que la plupart des types de céramiques.

Le carbure de silicium lié par réaction, produit par infiltration de silicium liquide dans des préformes de graphite ou de carbone poreux, offre une résistance moindre que le carbure de silicium fritté, mais il est plus adapté en raison des faibles températures de traitement, de la bonne aptitude à la mise en forme et d'une plus grande pureté. Le carbure de silicium fritté par réaction commercialisé présente une résistance à la flexion à température ambiante d'environ 300 MPa.

Le carbure de silicium fritté par réaction avec des adjuvants de frittage à base de bore ou de carbone présente une résistance au fluage extrêmement élevée, obtenue par la modification des énergies des joints de grains et des énergies de surface, ainsi que par l'augmentation des taux de diffusion volumique afin de promouvoir la densification et le resserrement. Cela permet aux grains de rester en contact cristallin direct sans former de structures de seconde phase aux joints de grains.