Le carbure de silicium (SiC) est un matériau extrêmement durable dont la dureté sur l'échelle de Mohs est de 9 et dont l'attrait esthétique rivalise avec celui du diamant.
Les laboratoires EAG ont une grande expérience de l'analyse du SiC pour ces propriétés en utilisant des techniques d'analyse en vrac et à résolution spatiale. Il peut servir à la fois d'isolant électrique et de semi-conducteur.
Dureté
Le carbure de silicium est l'une des substances les plus dures au monde, se classant au neuvième rang sur l'échelle de Mohs et au deuxième rang après le diamant en termes de dureté. Le carbure de bore et le diamant sont encore plus durs que le carbure de silicium. Parmi les autres utilisations du carbure de silicium figurent les outils de coupe, les gilets pare-balles, les pièces automobiles et les miroirs de télescopes astronomiques. La surface dure et résistante du carbure de silicium est idéale pour les outils de coupe et les abrasifs, les matériaux structurels (gilets pare-balles), les pièces automobiles et les miroirs utilisés par les télescopes !
La céramique résistante aux chocs thermiques est une céramique non oxydée extrêmement dure. Sa résistance, sa conductivité thermique élevée, son faible taux de dilatation thermique et son excellente résistance à l'oxydation en font un matériau réfractaire indispensable.
Le carbure de silicium (numéro atomique 14) et le carbone (numéro atomique 6) forment un composé inorganique connu sous le nom de carbure de silicium, avec deux tétraèdres de coordination primaires formés de quatre atomes de carbone et de quatre atomes de silicium liés de manière covalente, créant une structure exceptionnellement solide et rigide, empilée de manière rapprochée, avec une résistance et une rigidité supérieures ; ses polytypes peuvent même s'empiler pour former des polytypes. Le carbure de silicium offre des propriétés de semi-conducteur à large bande interdite nécessitant trois fois moins d'énergie que le silicium pour libérer les électrons des états orbitaux.
Résistance à la corrosion
La propriété la plus importante du carbure de silicium est sa résistance à la corrosion. Non seulement il résiste aux acides les plus agressifs (chlorhydrique, sulfurique et fluorhydrique), aux bases et aux solvants imaginables, ainsi qu'aux milieux oxydants tels que l'acide nitrique ou la vapeur, mais il possède également d'excellentes propriétés d'isolation contre les dommages causés par les températures extrêmes ou les champs électriques.
Le carbure de silicium fritté offre une excellente résistance thermique en raison de sa nature dense, de sa dureté, de ses caractéristiques de semi-conducteur à large bande interdite permettant une plus faible consommation d'énergie électronique pour le déplacement de la bande de conduction, et de son faible coefficient de dilatation thermique.
La résistance à la corrosion peut également être améliorée par la présence d'additifs de frittage, de phases de joints de grains et de porosité ; leur type et leur quantité dépendent de la rapidité avec laquelle la corrosion réagit avec d'autres environnements.
Les états d'oxydation du carbure de silicium peuvent être contrôlés grâce à l'action du carbone en tant qu'agent de passivation, ce qui permet de réduire les taux de corrosion et de prolonger la durée de vie des produits lorsqu'ils sont exposés à des environnements oxydants en service.
Conductivité thermique
Le carbure de silicium est un matériau extrêmement dur, se situant quelque part entre l'alumine (9 sur l'échelle de Mohs) et le diamant (10). Grâce à sa combinaison de dureté et de stabilité thermique, le carbure de silicium constitue un excellent choix de matériau pour les applications mécaniques exigeantes dans des pièces conçues pour résister aux matériaux résistants à l'usure ainsi qu'aux réfractaires.
En outre, en raison de son excellente résistance aux chocs thermiques et de son faible taux de dilatation thermique, le caoutchouc de silicone est bien adapté aux environnements à haute température et aux composants utilisés dans les systèmes de tuyauterie.
Le carbure de silicium peut être dopé avec différents éléments pour modifier ses propriétés électroniques. Le dopage à l'azote ou au phosphore le transforme en semi-conducteur de type n, tandis que le dopage au béryllium, au bore ou à l'aluminium le transforme en semi-conducteur de type p.
La différence de bande interdite entre les bandes de valence et de conduction du carbure de silicium fait qu'il est plus difficile pour les électrons de passer d'une bande à l'autre, ce qui lui permet de supporter jusqu'à 10 fois plus de champs électriques que le silicone avant de se fragiliser et de se décomposer.
Conductivité électrique
Le carbure de silicium offre une gamme de propriétés électriques qui peuvent être adaptées par dopage. Le dopage consiste à ajouter des impuretés dans sa structure cristalline afin de former des électrons et des trous libres qui conduisent l'électricité, ce qui confère au SiC des valeurs de conductivité dix fois supérieures à celles du silicium.
Les propriétés électriques du carbure de silicium sont déterminées en grande partie par sa bande interdite. Cette différence entre les niveaux d'énergie de la bande de valence et de la bande de conduction d'un atome détermine la quantité de champ électrique qu'il peut supporter ; le carbure de silicium possède une bande interdite plus large que son homologue en silicium, ce qui lui permet de tolérer une tension presque deux fois plus élevée.
La résistance élevée à la tension rend le néodyme idéal pour une utilisation dans les dispositifs d'alimentation des véhicules électriques, ce qui permet d'allonger les distances de conduite et d'améliorer l'efficacité de la gestion de la batterie. En outre, son poids plus léger que d'autres matériaux tels que le nitrure de gallium permet aux fabricants d'électronique de puissance de réduire considérablement la taille et le poids tout en supportant des températures élevées avec un coefficient de dilatation thermique minimal.