Carbure de silicium fritté

Le carbure de silicium est un matériau céramique structurel irremplaçable en raison de sa résistance exceptionnelle à haute température et à l'oxydation, ce qui le rend indispensable dans les domaines de la production mécanique, de la technologie aérospatiale et de l'électronique de l'information.

Le frittage par réaction offre des températures basses et des temps de frittage courts tout en produisant des formes proches de la taille nette, mais il est limité par une distribution inégale de la densité, la fissuration des produits frittés et une pénétration insuffisante du silicium au cours des processus de frittage.

Résistance à haute température

Le carbure de silicium est un matériau céramique extrêmement dur et résistant, réputé pour ses propriétés supérieures de résistance à haute température, de résistance à l'usure et de résistance à l'oxydation chimique. Grâce à ces caractéristiques, le carbure de silicium est utilisé dans de nombreuses applications industrielles, notamment dans les centrales nucléaires, les fours, les moteurs à réaction, les tuyères de fusée et la fabrication du papier.

L'un des moyens d'améliorer les propriétés mécaniques à haute température du carbure de silicium fritté consiste à ajouter des additifs tels que l'aluminium, le bore et le carbone (SiC-ABC) qui améliorent la résistance au fluage. Ces additifs modifient les énergies des joints de grains et les énergies de surface tout en augmentant les taux de diffusion du volume et en décourageant la formation de verre aux joints de grains.

Une autre façon d'augmenter les propriétés mécaniques est le frittage sans pression, qui implique le frittage de compacts de poudre de SiC sans application d'une pression externe. L'avantage de cette méthode réside dans l'élimination des variations de densité causées par les méthodes traditionnelles de frittage par pressage à chaud, qui entraînent des changements dimensionnels significatifs et une réduction de la qualité du produit ; elle permet également d'obtenir des densités plus proches des valeurs théoriques que jamais auparavant.

Résistance à la corrosion à haute température

Le carbure de silicium présente une excellente résistance à la corrosion chimique dans une large gamme d'environnements jusqu'à 1700 degrés Celsius, tels que l'oxygène sec, les vapeurs gazeuses chaudes et les sels et métaux liquides, ainsi que les sels fondus et les scories de cendres de charbon.

Le carbure de silicium fritté offre une excellente résistance à la corrosion grâce à sa structure et à la qualité de sa surface. Ce matériau présente une forte résistance à l'érosion (glissement), à la résistance mécanique, aux chocs thermiques et à l'usure.

Le carbure de silicium fritté à haute température XICAR (communément appelé Hexoloy SE alternatif) s'est avéré très résistant à la corrosion chimique dans des environnements acides tels que le HCl concentré et le HNO3, les spécimens traités avec Y2O3 présentant une résistance plus élevée que ceux utilisant l'aide au frittage MgO.

Le carbure de silicium fritté par réaction, communément appelé carbure de silicium autoliant, est produit en faisant réagir un corps céramique poreux contenant du carbone avec du silicium liquide. Ce mélange s'infiltre dans le corps céramique, réagit avec le graphite pour former du b-SiC, puis se combine avec les particules de a-SiC existantes pour former du carbure de silicium fritté par réaction à pleine densité, avec différentes formes disponibles grâce à ce processus.

Haute résistance

Le carbure de silicium est l'un des matériaux céramiques les plus solides. Doté d'une résistance supérieure à haute température et à l'oxydation, le carbure de silicium est un excellent choix de matériau pour de nombreuses applications industrielles.

Les céramiques de carbure de silicium peuvent généralement être fabriquées par frittage sans pression ou par collage par réaction. Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories propose ces deux types de céramiques pour répondre à un large éventail d'applications finales.

Le carbure de silicium fritté sans pression est produit en combinant de fines particules de poudre de SiC avec des adjuvants de frittage non oxydés et en les frittant à des températures supérieures à 2000 degrés Celsius dans une atmosphère inerte, ce qui produit un matériau de haute densité présentant une résistance à l'oxydation, une résistance à la corrosion et des propriétés mécaniques supérieures.

Le frittage par réaction est un processus émergent de production de céramiques de carbure de silicium (SiC), offrant des avantages tels que des structures denses, des températures de traitement plus basses, une capacité de mise en forme, un faible coût et une plus grande pureté. Malheureusement, sa résistance à la flexion est bien inférieure à celle du carbure de silicium fritté standard en raison de la taille du carbone résiduel (Si) dans sa microstructure.

Haute résistance

Les céramiques de carbure de silicium fritté sont parmi les matériaux céramiques les plus durs et les plus solides, tout en restant résistants à des températures extrêmement élevées - ce qui en fait un excellent choix pour les applications où la résistance aux températures élevées est essentielle.

Le SSIC présente une résistance presque constante dans une large gamme de températures et conserve sa ténacité même sous une pression intense, ce qui en fait un choix de matériau très populaire pour les composants de pompes à haute performance et d'autres pièces d'équipement essentielles.

Les SSIC sont produits à l'aide de techniques conventionnelles de formage des céramiques. Après avoir pris la forme souhaitée, les SSIC sont frittés à haute température et sous pression dans une atmosphère de gaz inerte.

Le frittage peut être divisé en deux phases distinctes, le frittage en phase solide et le frittage en phase liquide. Le frittage en phase solide nécessite l'ajout de C et B comme adjuvants de frittage pour diminuer l'énergie des joints de grains des céramiques SiC, tandis que la phase liquide utilise un ou plusieurs oxydes eutectiques d'éléments (tels que Y2O3) comme agent, créant une phase électrolytique avec mouvement, diffusion et transfert de masse entre les particules de silice pour densifier la densité du matériau.