Céramiques en carbure de silicium (SiC)Les céramiques structurales haute température sont devenues un matériau incontournable en raison de leur faible coefficient de dilatation thermique, de leur conductivité thermique élevée, de leur dureté élevée et de leur excellente stabilité thermique et chimique. Elles sont largement utilisées dans des secteurs clés tels que l'aérospatiale, l'énergie nucléaire, l'armée et les semi-conducteurs.
Cependant, les liaisons covalentes extrêmement fortes et le faible coefficient de diffusion du SiC rendent sa densification difficile. À cette fin, l'industrie a développé diverses technologies de frittage, et les céramiques SiC préparées par ces technologies présentent des différences significatives en termes de microstructure, de propriétés et de scénarios d'application. Voici une analyse des caractéristiques principales de cinq céramiques à base de carbure de silicium courantes.
1. Céramiques SiC frittées sans pression (S-SiC)
Principaux avantages : Adapté à de multiples procédés de moulage, économique et sans contrainte de forme ni de taille, il s'agit de la méthode de frittage la plus simple pour la production en série. En ajoutant du bore et du carbone au β-SiC contenant des traces d'oxygène et en le frittant sous atmosphère inerte à environ 2 000 °C, on obtient un corps fritté d'une densité théorique de 98 %. Deux procédés sont possibles : en phase solide et en phase liquide. La première offre une densité et une pureté supérieures, ainsi qu'une conductivité thermique et une résistance à haute température élevées.
Applications typiques : Production en série de bagues d'étanchéité et de paliers lisses résistants à l'usure et à la corrosion. Grâce à sa dureté élevée, sa faible densité et ses bonnes performances balistiques, il est largement utilisé comme blindage pare-balles pour les véhicules et les navires, ainsi que pour la protection des coffres-forts civils et des véhicules de transport de fonds. Sa résistance aux impacts multiples est supérieure à celle des céramiques SiC ordinaires, et le point de rupture d'un blindage de protection cylindrique léger peut atteindre plus de 65 tonnes.
2. Céramiques SiC frittées par réaction (RB SiC)
Principaux avantages : excellentes performances mécaniques, haute résistance mécanique, résistance à la corrosion et à l'oxydation ; faible température et faible coût de frittage, permettant de former des pièces de taille quasi nette. Le procédé consiste à mélanger une source de carbone à de la poudre de SiC pour produire une billette. À haute température, le silicium fondu s'infiltre dans la billette et réagit avec le carbone pour former du β-SiC, qui se combine avec l'α-SiC initial et remplit les pores. La faible variation de taille lors du frittage est idéale pour la production industrielle de produits de formes complexes.
Applications typiques : Équipement de four à haute température, tubes radiants, échangeurs de chaleur, buses de désulfuration ; En raison de son faible coefficient de dilatation thermique, de son module d'élasticité élevé et de ses caractéristiques de formation quasi nette, il est devenu un matériau idéal pour les réflecteurs spatiaux ; Il peut également remplacer le verre de quartz comme support pour les tubes électroniques et les équipements de fabrication de puces semi-conductrices.
3. Céramiques SiC frittées pressées à chaud (HP SiC)
Avantage principal : Frittage synchrone à haute température et haute pression. La poudre est à l'état thermoplastique, ce qui favorise le transfert de masse. Elle permet d'obtenir des produits à grains fins, à haute densité et présentant de bonnes propriétés mécaniques à basse température et en un temps réduit, et d'atteindre une densité optimale et un état de frittage quasi pur.
Application typique : Utilisé à l'origine comme gilets pare-balles pour les membres d'équipage d'hélicoptères américains pendant la guerre du Vietnam, le marché des blindages a été remplacé par du carbure de bore pressé à chaud ; À l'heure actuelle, il est principalement utilisé dans des scénarios à haute valeur ajoutée, tels que les domaines avec des exigences extrêmement élevées en matière de contrôle de la composition, de pureté et de densification, ainsi que les domaines de l'industrie résistante à l'usure et nucléaire.
4. Céramiques SiC recristallisées (R-SiC)
Avantage principal : Sans ajout d'agents de frittage, cette méthode est couramment utilisée pour la préparation de dispositifs SiC ultra-purs et de grande taille. Le procédé consiste à mélanger des poudres de SiC grossières et fines en proportions, à les former et à les fritter sous atmosphère inerte à une température de 2 200 à 2 450 °C. Les particules fines s'évaporent et se condensent au contact des particules grossières pour former une céramique dont la dureté est surpassée par celle du diamant. Le SiC conserve une résistance élevée aux températures élevées, à la corrosion, à l'oxydation et aux chocs thermiques.
Applications typiques : meubles de four à haute température, échangeurs de chaleur, buses de combustion ; Dans les domaines aérospatial et militaire, il est utilisé pour fabriquer des composants structurels d'engins spatiaux tels que des moteurs, des ailerons arrière et des fuselages, ce qui peut améliorer les performances et la durée de vie de l'équipement.
5. Céramiques SiC infiltrées de silicium (SiSiC)
Principaux avantages : Idéal pour la production industrielle, avec un temps de frittage court, une basse température, une densité optimale et une indéformabilité optimale, composé d'une matrice SiC et d'une phase Si infiltrée, il se divise en deux procédés : l'infiltration liquide et l'infiltration gazeuse. Ce dernier procédé est plus coûteux, mais offre une meilleure densité et une meilleure uniformité du silicium libre.
Applications typiques : une faible porosité, une bonne étanchéité à l'air et une faible résistance sont propices à l'élimination de l'électricité statique, adaptées à la production de pièces de grande taille, complexes ou creuses, largement utilisées dans les équipements de traitement des semi-conducteurs ; En raison de son module d'élasticité élevé, de sa légèreté, de sa haute résistance et de son excellente étanchéité à l'air, c'est le matériau haute performance préféré dans le domaine aérospatial, qui peut supporter des charges dans des environnements spatiaux et garantir la précision et la sécurité des équipements.
Date de publication : 02/09/2025