Poudre de carbure de silicium

La poudre de carbure de silicium est un matériau abrasif et réfractaire extrêmement durable utilisé dans la production d'appareils électroniques à haute température.

La production consiste à chauffer du sable siliceux avec des sources de carbone telles que le coke de pétrole dans un four à arc électrique pour former des carbures de silicium noirs et verts ; le silico noir contient des impuretés de fer, ce qui donne des teintes plus foncées à sa finition.

Propriétés

Le carbure de silicium (SiC) est un minéral industriel composé de silicium et de carbone qui a trouvé de nombreuses applications industrielles en tant qu'abrasif - du papier de verre et des meules, aux revêtements de fours industriels et aux plaques de céramique pour gilets pare-balles, ainsi qu'aux substrats semi-conducteurs pour les diodes électroluminescentes (DEL). Le SiC est également présent à l'état naturel sous forme de moissanite. Le SiC est également présent à l'état naturel sous forme de minéral de moissanite. Le SiC est également présent à l'état naturel sous forme de moissanite. Le SiC a de nombreuses applications, notamment comme revêtement réfractaire pour les fours industriels et comme plaques céramiques utilisées avec les gilets pare-balles pour les diodes électroluminescentes - il existe même à l'état naturel sous forme de moissanite.

L'aluminium présente une excellente résistance à l'abrasion, supportant des températures allant jusqu'à 1400 degrés Celsius sans dégradation significative de sa solidité. En outre, sa résistance à la corrosion s'étend à la plupart des acides, sels et alcalis inorganiques courants ; toutefois, il peut se corroder dans certaines circonstances, par exemple lorsqu'il entre en contact avec des fluorures d'acide ou des acides fluorhydriques.

Le SiC est un matériau isolant électrique qui présente une résistance élevée à la traction et une faible densité. Il est chimiquement stable et présente des propriétés d'isolation électrique, ainsi qu'une bonne stabilité chimique et des caractéristiques non magnétiques. Il fond à 2080 degrés Celsius. La structure en couches serrées du SiC permet une coordination tétraédrique entre les atomes de silicium et de carbone, ce qui lui confère un rapport résistance/poids élevé et des propriétés de conductivité thermique.

Les poudres de carbure de silicium peuvent être fabriquées pour atteindre différents niveaux de pureté, structures cristallines et tailles de particules. Elles peuvent être produites à l'aide de divers procédés - réduction carbothermique par le procédé d'Acheson ou conversion de polymères, ainsi que réactions chimiques en phase gazeuse à haute température - avec différentes méthodes conduisant à leur création. Une fois préparées, ces poudres peuvent être utilisées dans la fabrication d'articles céramiques tels que des formes réfractaires pour les fours industriels ou des éléments d'isolation électrique pour les dispositifs électroniques tels que les microprocesseurs.

Applications

La poudre de carbure de silicium peut être utilisée dans de nombreuses applications. Matériau très résistant doté d'une conductivité thermique et d'une résistance chimique supérieures, le carbure de silicium supporte des températures extrêmes allant du verre fondu à 1 400 degrés Celsius (2 552 degrés Fahrenheit). Le carbure de silicium entre souvent dans la composition de matériaux réfractaires tels que les céramiques, le verre et les parois des fours - et même les meules et le papier de verre sont fabriqués à l'aide de cet additif. En outre, le carbure de silicium fait partie intégrante des semi-conducteurs à haute température et des applications électroniques.

Le carbone est également présent dans les matériaux composites tels que le carbure de silicium renforcé de fibres de carbone (CFRC), que l'on trouve couramment dans les freins automobiles et les gilets pare-balles en raison de son excellente résistance à la traction et de sa capacité à supporter des impacts à grande vitesse.

La silice frittée est souvent produite par frittage à haute pression à des températures pouvant atteindre 11 000 degrés Celsius (1 815 degrés Fahrenheit). Le produit final présente une structure extrêmement serrée composée de quatre atomes de silicium et de quatre atomes de carbone liés ensemble dans un arrangement tétraédrique, des propriétés non magnétiques et peut résister à la plupart des produits chimiques, y compris les hydrocarbures aliphatiques, les alcalis, les acides organiques et les sels fondus ; cependant, il ne peut pas résister aux agents oxydants puissants tels que l'acide fluorhydrique et le fluorure de potassium.

Préparation

Le carbure de silicium est un matériau réfractaire extrêmement dur utilisé dans des applications telles que les meules, les pierres à aiguiser, les outils de coupe, le sablage, les découpeurs à jet d'eau et les céramiques. En outre, il fait partie intégrante des fours à haute température utilisés pour cuire les verres et les céramiques à haute température. Il est disponible en différentes tailles de particules pour des utilisations spécifiques, ainsi qu'en noir ou en blanc - le plus populaire étant le premier (structure cristalline de la wurtzite) et le second (blende de zinc).

La poudre d'a-SiC a une structure cristalline hexagonale et une dureté de Mohs de 7. Elle peut résister à des conditions extrêmes grâce à son point de fusion élevé et à sa forte conductivité thermique, et ne présente aucun problème de toxicité ni de caractéristiques d'insolubilité dans l'eau ou l'alcool. En outre, sa résistance aux acides organiques, aux alcalis, aux sels et aux fluorures d'acide le rend apte à de nombreuses utilisations dans l'industrie et les applications techniques.

Les applications avancées nécessitent la production de cristaux uniques de b-SiC de plus grande taille à l'aide de la méthode Lely, afin qu'ils puissent ensuite être taillés en gemmes connues sous le nom de moissanite synthétique. Le SiC peut également être lié à l'aide de résines ou de polymères pour former des fibres utilisées pour renforcer les métaux et d'autres matériaux.

L'invention concerne un procédé de fabrication de poudres de b-SiC consistant à mélanger une source de Si comprenant du Si et du C avec un excès de carbone, à chauffer la composition, puis à la filtrer, la laver et la sécher. Une fois terminées, ces poudres de b-SiC peuvent être facilement pulvérisées par des processus ultérieurs tels que la filtration, le lavage et le séchage.

Stockage

Le carbure de silicium est l'une des substances les plus dures au monde, rivalisant avec le diamant et le carbure de bore en termes de dureté. Utilisé dans des applications exigeant des propriétés thermiques et mécaniques telles que les matériaux résistants à l'usure, les réfractaires, les céramiques, les semi-conducteurs, les abrasifs pour semi-conducteurs et les applications résistantes à l'usure, les revêtements résistants à l'usure, la résistance aux chocs thermiques, les faibles taux de dilatation thermique et la conductivité électrique élevée, le carbure de silicium offre des propriétés exceptionnelles de résistance, de durabilité et de conductivité électrique qui en font un choix de matériau polyvalent.

Les industries aérospatiales dépendent fortement des composants en poudre de SiC qui résistent à la chaleur et à la pression extrêmes, y compris les systèmes de freinage utilisés dans les automobiles pour améliorer les performances tout en réduisant l'usure des rotors et des tambours. De leur côté, les industries des semi-conducteurs l'utilisent dans les équipements de traitement des plaquettes pour gérer plus efficacement la chaleur, ainsi que dans les plaques de céramique des gilets pare-balles qui protègent les soldats des impacts à haute vitesse.

Le carbure de silicium noir est fabriqué dans un four à résistance électrique à haute température en utilisant du sable de quartz et du coke de pétrole comme matières premières. Il a une dureté moyenne entre l'alumine fondue et le diamant synthétique et peut être utilisé comme matériau abrasif lors du traitement de matériaux à faible résistance à la traction tels que la fonte, les métaux non ferreux, la roche, le cuir et le caoutchouc. En outre, le carbure de silicium noir est souvent utilisé dans la production de matériaux réfractaires et d'additifs métallurgiques.