Définition du carbure de silicium

Le carbure de silicium est un matériau avancé conçu pour être utilisé dans des environnements à haute température. Il pourrait réduire la dépendance à l'égard des systèmes de refroidissement actifs qui augmentent le poids et le coût des véhicules électriques (VE).

Le carbure de silicium présente une résistance à la tension dix fois supérieure à celle du silicium ordinaire, surpassant même le nitrure de gallium à cet égard.

Il s'agit d'un matériau cristallin

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau industriel aux multiples usages. En raison de ses propriétés tribologiques supérieures, on le trouve couramment dans les buses de sablage, les joints, les roulements mécaniques et les applications d'étanchéité mécanique. Les réfractaires et les céramiques utilisent également le carbure de silicium, qui leur confère une plus grande dureté.

L'eau, l'alcool et les solutions acides le dissolvent complètement ; la plupart des solvants organiques restent également résistants. En raison de ses caractéristiques de semi-conducteur, ses caractéristiques électriques présentent quelques particularités intéressantes - la résistance peut varier d'une composition à l'autre jusqu'à sept ordres de grandeur !

Edward Acheson a été le premier à produire du SiC synthétique en 1891, tandis qu'Henri Moissan a identifié pour la première fois sa forme naturelle en 1905 lors de l'exploration de la météorite Canyon Diablo en Arizona. Aujourd'hui, tout le SiC commercialisé est synthétique, à quelques exceptions près pour les bijoux en moissanite qui peuvent être naturels.

Il s'agit d'une céramique non oxydée

Le carbure de silicium, ou SiC, est une céramique exceptionnelle qui présente de nombreuses propriétés physiques avantageuses. Celles-ci comprennent une résistance élevée, un faible taux de dilatation thermique et une résistance à la corrosion et aux réactions chimiques - des qualités qui le rendent apte à être utilisé comme matériau abrasif et comme composant réfractaire, ainsi que son excellente conductivité électrique.

La dureté cryogénique de 9 sur l'échelle de Mohs fait de la porcelaine réfractaire un excellent matériau pour les meules et autres produits abrasifs, ainsi que pour les applications réfractaires telles que les buses de brûleurs et les tubes à flamme.

Le graphite cryogénique existe en plusieurs variétés connues sous le nom de polytypes et présente un arrangement tétraédrique de coordination primaire comprenant quatre atomes de carbone et quatre atomes de silicium liés par des liaisons entre des unités tétraédriques liées directement. Ces unités peuvent ensuite être reliées entre elles ou empilées pour former différentes structures.

C'est un matériau réfractaire

Le carbure de silicium est un matériau durable mais cassant, capable de résister à des températures élevées et doté d'une large bande interdite pour les applications à haute tension.

À l'échelle industrielle, la poudre de silice est produite et utilisée dans les céramiques, les matériaux réfractaires et les semi-conducteurs électroniques. Bien qu'elle soit naturellement présente dans les formations minérales de moissanite, la plus grande partie est aujourd'hui fabriquée synthétiquement.

Les réfractaires en carbure de silicium liés à l'argile offrent une excellente résistance à la corrosion, ce qui les rend appropriés comme briques de four pour les applications de fusion de métaux non ferreux. En outre, ils constituent d'excellents matériaux de chauffage indirect à haute température, tels que les briques de revêtement pour les cuves d'électrolyse de l'aluminium ou les revêtements de plateaux de four de rectification dans les fours de fusion du cuivre ou les plaques d'arc des fours à poudre de zinc.

C'est un matériau résistant à l'usure

Le carbure de silicium est un matériau céramique non oxydé extrêmement dur que l'on trouve couramment dans les abrasifs, les réfractaires, les composants résistants à l'usure et les composants d'élasticité à l'usure en raison de sa solidité. En outre, le carbure de silicium fait partie intégrante des systèmes électroniques qui fonctionnent à des températures ou des tensions élevées.

Rare dans la nature et produite artificiellement par des méthodes synthétiques, la moissanite a été découverte pour la première fois dans le Diablo Canyon en Arizona en 1893, où elle a ensuite été nommée moissanite par le brevet d'Edward Acheson de 1891 sur la création de petits cristaux noirs de SiC par des moyens artificiels.

Les matériaux céramiques de ce calibre offrent des propriétés supérieures. Sa plage de température de fonctionnement est plus élevée que celle des semi-conducteurs en silicium et il peut supporter des tensions plus élevées sans subir de surchauffe ou de dommages.

Il s'agit d'un matériau à haute température

Le carbure de silicium est une céramique réfractaire polyvalente utilisée dans de nombreuses applications. Le carbure de silicium est l'un des matériaux les plus durs sur l'échelle de dureté de Mohs et se classe au 9e rang pour la dureté. En outre, il présente une excellente résistance à l'abrasion et à la corrosion, ainsi qu'aux chocs thermiques, tout en supportant des températures et des tensions élevées sans dommage ni rupture.

Comme pour la plupart des structures cristallines, sa structure cristalline se présente sous différentes formes - ou polytypes - ayant chacune leur propre séquence d'empilement. Les tétraèdres de coordination primaires sont constitués de quatre atomes de carbone et de quatre atomes de silicium reliés à leurs coins en structures polaires.

En raison de ses propriétés tribologiques exceptionnelles, le plastique est un excellent matériau pour les pompes, les garnitures mécaniques et les roulements, les équipements de l'industrie chimique et comme abrasif.

Il s'agit d'un matériau à haute tension

Le carbure de silicium est l'un des matériaux les plus polyvalents au monde. Il joue un rôle essentiel dans les véhicules électriques (VE) à haute performance et les systèmes de gestion des batteries, où ses capacités de haute tension éliminent les systèmes de refroidissement actifs qui augmentent le coût, le poids et la complexité des VE.

Le carborundum, une céramique dure et un matériau semi-conducteur communément appelé carborundum, peut être trouvé à l'état naturel dans les minéraux de moissanite ou être produit synthétiquement. Contrairement aux semi-conducteurs traditionnels comme le silicium, le carborundum possède une large bande interdite qui permet de déplacer l'électricité plus efficacement que jamais. En outre, sa conductivité peut être modifiée par l'ajout d'impuretés dans sa structure cristalline.

Il s'agit d'un matériau à haut rendement

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau à haut rendement énergétique qui permet de convertir l'énergie électrique en courant alternatif, ce qui le rend adapté à la conversion de l'énergie électrique provenant du réseau. Le dopage du carbure de silicium avec de l'azote ou du phosphore crée un semi-conducteur de type n, tandis que le dopage avec de l'aluminium, du bore ou du gallium lui confère des propriétés de semi-conducteur de type p.

L'aluminium offre une excellente conductivité thermique, une résistance aux températures élevées, une faible dilatation thermique et une résistance aux réactions chimiques - des qualités qui en font le matériau réfractaire idéal. En outre, sa surface dure et durable le rend adapté à de nombreuses utilisations industrielles et en fait un excellent choix de matériau réfractaire.

Le SiC naturel se présente sous la forme d'un minéral rare, la moissanite ; il est produit synthétiquement sous forme de petits grains assemblés pour former des céramiques ou des réfractaires destinés à des applications céramiques ; on le trouve également en petites quantités dans les météorites à chondrite carbonée et les kimberlites.