Définition du carbure de silicium

Le carbure de silicium (SiC) est un composé cristallin insoluble composé de silicium et de carbone. Communément appelé "carborundum", le carbure de silicium est également présent à l'état naturel sous la forme d'un minéral très rare, la moissanite.

Le PEEK est utilisé dans les appareils électroniques qui fonctionnent à des températures et des tensions élevées, tels que les blocs d'alimentation. En outre, il s'agit d'un matériau essentiel pour les véhicules électriques : il permet d'augmenter l'autonomie et d'améliorer l'efficacité énergétique en augmentant la durée de vie des batteries et en améliorant l'efficacité énergétique.

C'est un matériau naturellement abrasif

Le carbure de silicium, plus communément appelé SiC, est un matériau extrêmement abrasif que l'on trouve couramment dans les météorites et dans le minéral rare qu'est la moissanite. Composé entièrement de silicium et de carbone, le SiC peut être dopé à l'azote ou au phosphore pour être utilisé comme semi-conducteur de type n ou à l'aluminium, au bore ou au gallium pour les applications de semi-conducteur de type p. Le papier de verre industriel contient souvent du SiC comme l'un de ses ingrédients, et ses grains tranchants peuvent poncer sans effort le métal, le verre, le marbre, la pierre de liège, les panneaux de fibres de densité moyenne, les panneaux de fibres de densité moyenne pour une utilisation abrasive rapide - parfaits pour une utilisation en tant que matériau abrasif !

L'aluminium est un matériau idéal pour les applications de haute performance qui exigent de fortes propriétés chimiques, une conductivité thermique, un faible coefficient de dilatation et une résistance à l'usure. Ce métal polyvalent est utilisé dans des applications telles que les abrasifs, les pièces résistantes à l'usure et les réfractaires en raison de sa dureté, l'électronique en raison de sa stabilité et de sa fiabilité, ainsi que les applications métallurgiques en raison de sa résistance à la chaleur.

Les propriétés mécaniques et chimiques uniques du carbure de silicium en font un excellent choix de matériau pour les applications d'ingénierie à haute performance telles que les roulements de pompe, les soupapes, les injecteurs de sablage, les matrices d'extrusion, la résistance à la corrosion durable et le point de fusion élevé en font un excellent matériau à choisir dans les situations d'ingénierie extrêmes. Les sols lourds peuvent produire moins de friction à leur surface que les sols légers, tandis que la poussière de carbure de silicium peut provoquer une fibrose pulmonaire non progressive chez l'homme.

Il s'agit d'un matériau céramique

Le carbure de silicium, plus communément appelé carborundum, est un composé cristallin extraordinairement dur de silicium et de carbone qui a longtemps été utilisé comme matériau abrasif depuis son introduction à la fin du XIXe siècle. Utilisé principalement dans les meules et les outils de coupe depuis lors, son utilisation polyvalente va des revêtements réfractaires des fours industriels et des pièces résistantes à l'usure dans les pompes et les moteurs de fusée aux céramiques et aux semi-conducteurs ; en raison de sa résistance à la corrosion et à l'oxydation ainsi que de sa résistance à haute température avec une dilatation thermique minimale, il constitue l'un des matériaux céramiques les plus largement utilisés aujourd'hui.

Le carbure de silicium est une céramique non oxydée dont la bande interdite est trois fois plus grande que celle des semi-conducteurs en silicium standard, ce qui signifie qu'elle peut supporter des tensions plus élevées. En outre, son processus de frittage produit de très petites particules qui risquent moins d'endommager les circuits électroniques. Lorsque des dopants tels que le bore et l'aluminium sont ajoutés, le carbure de silicium devient un semi-conducteur de type p ; lorsque des dopants tels que le phosphore et l'azote sont introduits, il devient un semi-conducteur de type n.

Le frittage du carbure de silicium est un processus facile qui permet d'obtenir des produits denses dotés de propriétés mécaniques exceptionnelles. Sa dureté est essentielle pour de nombreux procédés d'usinage abrasifs tels que le meulage, la découpe au jet d'eau et le sablage. Les lapidaires modernes apprécient également la durabilité du carbure de silicium et sa grande stabilité dimensionnelle ; il peut même être utilisé pour fabriquer des disques de frein haute performance pour les voitures de sport ou autres véhicules performants.

C'est un matériau pour l'électronique de puissance

Le carbure de silicium, ou SiC, est un matériau céramique non oxydé utilisé dans des applications allant des abrasifs et des pièces résistantes à l'usure pour sa dureté, à la métallurgie et aux réfractaires pour sa résistance à la chaleur et sa dilatation thermique, en passant par les applications de l'électronique de puissance en raison de ses propriétés de résistance à la tension ; dopé à l'azote ou au phosphore pour former des semi-conducteurs de type n ou au béryllium, au bore et à l'aluminium pour former des semi-conducteurs de type p ; sa structure cristalline en couches serrées forme des polytypes ayant des compositions chimiques et des caractéristiques électriques différentes ; bien qu'il soit insoluble dans l'eau, il se dissout dans les alcalis ou les milieux contenant du fer.

Le SiC se distingue du silicium par une bande interdite beaucoup plus large qui lui permet de faire preuve de semi-conductivité. En tant que tel, il constitue un choix de matériau idéal pour les applications à haute tension, supportant des tensions dix fois supérieures à celles que le silicium peut tolérer.

Le carbure de silicium présente une conductivité thermique supérieure qui lui permet de supporter des températures allant jusqu'à 1 400 degrés Celsius, ce qui est nettement plus élevé que la limite de 175 degrés Celsius du silicium standard. Par conséquent, le carbure de silicium réduit le besoin de systèmes de refroidissement actifs dans les dispositifs électroniques de puissance tels que les convertisseurs DC-to-DC et les chargeurs embarqués.

Le carbure de silicium peut être fabriqué par différents procédés, notamment par réaction et par dépôt chimique en phase vapeur. Les méthodes à liaison réactive consistent à mélanger du SiC en poudre avec de la poudre de carbone et un plastifiant avant de lui donner la forme souhaitée et de brûler tout plastifiant présent dans le mélange. La méthode CVD consiste à chauffer du sable de silice pur mélangé à du coke dans un four à résistance électrique en briques tout en faisant passer un courant à travers son conducteur ; il est ensuite broyé en poudre fine pour être utilisé comme abrasif.

C'est un matériau pour l'industrie automobile

Le carbure de silicium, ou SiC, est l'une des substances les plus dures que l'on connaisse. Il est principalement utilisé comme matériau automobile dans les disques de frein haute performance pour les voitures de sport et les supercars. Toutefois, les semi-conducteurs et les composants électroniques de puissance utilisent également ce matériau en raison de ses excellentes propriétés physiques et électriques qui le rendent adapté aux applications à haute tension.

Les matériaux céramiques dotés des propriétés souhaitables de la céramique non oxydée constituent un excellent choix pour de nombreuses applications industrielles, depuis les capteurs et les dispositifs à semi-conducteurs jusqu'à la technologie portable et aux implants médicaux. La céramique dopée avec différentes quantités d'aluminium, de bore ou de carbone peut atteindre des caractéristiques de performance spécifiques pour diverses utilisations industrielles et être produite dans des dispositifs à basse tension pour une utilisation à haute tension.

La structure atomique du SiC en fait un excellent conducteur, ce qui le rend idéal pour les transistors utilisés dans les véhicules électriques. Ces puces réduisent la chaleur générée pendant le fonctionnement pour une efficacité accrue et une plus longue durée de vie de la batterie. Elles sont également capables de résister à des températures de fonctionnement plus élevées, ce qui permet d'éliminer les systèmes de refroidissement actifs qui ajoutent du poids et de la complexité à la conception d'un véhicule électrique.

La fabrication du carbure de silicium a évolué au fil du temps, mais le processus de base reste similaire à celui mis au point par Edward Acheson en 1891. Un mélange de sable siliceux pur et de coke de carbone est chauffé dans un four électrique jusqu'à ce qu'il soit enflammé par une bougie d'allumage électrique faite d'un conducteur de carbone, ce qui produit des cristaux verts brillants d'une dureté considérable.