Carbure de silicium lié par réaction

Le carbure de silicium lié par réaction (RBSC) est un matériau céramique exceptionnellement dur et solide qui présente une résistance mécanique, une résistance aux chocs, une stabilité chimique et une aptitude à la mise en forme supérieures, ce qui le rend adapté à diverses applications.

Le RB-SiC présente une dureté inférieure à celle du carbure de silicium fritté, mais il est plus facile et moins coûteux à fabriquer, tout en présentant d'excellentes propriétés de résistance aux chocs thermiques.

Propriétés physiques

Le processus RMI utilise des particules de a-SiC incorporées dans une préforme de carbone poreux (G0), avant d'être infiltrées avec du silicium liquide pour obtenir du carbure de silicium lié par réaction. Malheureusement, le silicium liquide peut provoquer le colmatage des pores en raison du processus d'infiltration. C'est pourquoi, dans cette étude, le carbone multiphase a été utilisé comme antidote à ce problème et pour améliorer les propriétés mécaniques du RB-SiC.

Le carbone multiphase était composé de noir de carbone amorphe fin et de carbone micro-sphérique grossier. Lors de l'infiltration de silicium liquide, le carbone micro-sphérique est consommé tandis que le carbone amorphe peut s'échapper des pores pour empêcher les réactions de remplissage des pores de les obstruer - ainsi, lorsque l'on observe les échantillons P10F90, P20F80 et P30F70, le pic caractéristique n'est pas présent, ce qui suggère que le carbone multiphase a permis d'éviter ce problème et d'améliorer la résistance à la flexion à mesure que la température d'infiltration et le temps de trempage augmentaient.

Propriétés mécaniques

Le carbure de silicium RB est produit par infiltration de silicium fondu dans une préforme poreuse en carbone ou en graphite, où il réagit avec le carbone pour former le SiC et créer un matériau céramique exceptionnel résistant à l'usure, aux chocs et aux produits chimiques, qui se présente sous différentes formes et tailles, allant de simples cônes et manchons à des pièces techniques plus grandes pour les industries minières ou de transformation.

La composition d'un précurseur composite, en particulier son rapport PF/FA, influence la vitesse de réaction entre le carbone et le silicium liquide pendant la pyrolyse à haute température. Le carbone multiphase améliore la pénétration du silicium liquide à travers les pores des préformes poreuses ; des sources de carbone graduées permettent de contrôler à la fois la teneur en b-SiC et en Si libre.

La résistance à la flexion et le module d'élasticité du carbure de silicium RB peuvent être considérablement augmentés grâce à une classification minutieuse de sa source de carbone, en raison de l'élimination des surfaces de grains lisses noirs et blancs qui provoquent une fracture intergranulaire lors de la flexion.

Propriétés thermiques

Les propriétés thermiques des céramiques de carbure de silicium liées par réaction dépendent du type et de la proportion de liaison. Le carbure de silicium lié par réaction (RBSC), infiltré avec des particules de silicium métallique, est infiltré dans des préformes de carbone ou de graphite qui ne se rétractent pas pendant ce processus ; des pièces de dimensions très précises peuvent ainsi être créées.

Après avoir été infiltré avec du RBSC, il est ensuite soumis à une nitruration à haute température. Cette opération transforme le silicium métallique en nitrure de SiC et remplit les pores restants avec un réseau de carbure de silicium. Le XRD montre que cette forme contient du diamant, du a-SiC, du b-SiC, du Si et du SiO2, tandis que le SEM montre des couches de graphite ainsi que du carbone amorphe.

En raison de la présence d'une couche de graphite, le RBSC présente des valeurs k plus faibles que le SiC fritté, tout en surpassant celles du NSIC. En outre, elle surpasse largement les céramiques à base de SiO2 en termes de résistance à la corrosion, de résistance aux températures élevées, de résistance aux chocs thermiques et de capacité d'absorption des chocs thermiques.

Propriétés électriques

Le carbure de silicium lié par réaction présente d'excellentes propriétés électriques, telles qu'une faible résistance spécifique et une conductivité thermique élevée. Ces attributs en font un excellent choix de matériau pour les éléments chauffants électriques. En outre, son inertie chimique et sa résistance à l'oxydation le rendent approprié pour les thermocouples de four, les pointes de brûleur, les briques de contrôle et les moufles dans les fours ; sa résistance supérieure aux chocs thermiques le rend également approprié pour les meubles dans les fours.

Le SiC lié par réaction peut être créé en mélangeant des mélanges intimes finement divisés de silicium et de carbone avec un plastifiant, puis en façonnant et en brûlant le plastifiant avant de l'infiltrer avec du silicium liquide ou gazeux. Cette réaction permet au silicium de se lier au carbone pour produire davantage de carbure de silicium qui réagit ensuite avec le carbure de silicium d'origine pour former un composite composé de a-SiC, de b-SiC et de Si résiduel.

Au moment de l'infiltration, les granulés d'a-SiC et de b-SiC formés pendant la réaction sont uniformément dispersés dans la préforme poreuse sans formation de grumeaux, probablement parce que les canaux capillaires ne sont pas obstrués par les particules de b-SiC nouvellement formées.