Depuis la naissance du carbure de silicium, sa rigidité élevée et sa stabilité à haute température sont ancrées dans son « NDA » ; il est utilisé comme matériau abrasif et réfractaire en grande quantité dans diverses industries. Avec la percée de la technologie de synthèse SiC, il est utilisé dans le domaine des semi-conducteurs LED à haute luminosité depuis la fin du 20e siècle. Au cours de la dernière décennie, portée par la forte croissance d’industries émergentes telles que les véhicules à énergies nouvelles, le stockage d’énergie photovoltaïque et les communications 5G, le carbure de silicium a connu une forte demande.
L'article suivant explique les caractéristiques, la qualité, la synthèse et les utilisations du carbure de silicium pour vous aider à mieux le comprendre.
Caractéristiques du matériau
● Résistance aux hautes températures : même à une température de 1 600 à 1 650 ℃, les propriétés mécaniques et la forme des pièces en céramique SiC peuvent rester bonnes.
● Conductivité thermique élevée : elle peut atteindre 120~200 W/km, juste derrière le nitrure d'aluminium (AlN) et l'oxyde de béryllium (BeO)
● Faible coefficient de dilatation thermique (CTE) : Le SiC (4,0 ~ 4,5-6/K) est l'une des céramiques industrielles dont l'expansivité thermique est la plus proche de celle des puces de Si (2,5 ~ 4,2 x 10-6/K).
● Dureté / résistance à l'abrasion : Sa dureté Mohs est de 9,5, juste légèrement inférieure à celle du diamant (10).
● Résistance à la corrosion : c'est l'un des produits chimiquement les plus inertes parmi toutes les céramiques avancées. Dans divers environnements difficiles, il peut résister au vieillissement.
● Autres : léger (3,1 ~ 3,2 g/cm 3 ), module d'élasticité élevé (400 ~ 450 GPa), excellent choc thermique, non mouillé ni érodé par la plupart des métaux en fusion, propriétés semi-conductrices, bonne isolation électrique et non toxique.
Notes et synthèse
Le carbure de silicium est un matériau fondamental pour les composants structurels en céramique. Sa nuance est principalement divisée selon le processus de frittage et le degré de densification comme suit :
1. Type fritté sans pression (SSiC)
● Méthode de synthèse :
La densification est obtenue par frittage en phase solide à haute température et pression atmosphérique en ajoutant des auxiliaires de frittage tels que le bore et le carbone. C'est le procédé le plus courant et le plus économique.
● Performances :
Haute densité (densité théorique ≥ 98 %), excellente résistance, dureté, résistance à l'usure et résistance à la corrosion.
● Candidatures :
Bagues d'étanchéité, roulements, buses, revêtements résistants à l'usure, meubles de four (saggers, rouleaux), etc.
2. Type lié par réaction (RBSiC)
● Méthode de synthèse :
Une fois la poudre d'α-SiC et la poudre de carbone mélangées et moulées, elles réagissent avec le silicium fondu ou la vapeur de silicium à haute température pour générer du β-SiC, qui remplit les pores et réalise une densification.
● Performances :
Haute densité, déformation de frittage idéale, précision dimensionnelle élevée, cycle de préparation court et faible coût. Mais le matériau contient généralement une petite quantité de silicium libre, ce qui limite sa température maximale de fonctionnement (environ 1 350 °C) car le silicium va fondre.
● Candidatures :
Composants ayant des exigences élevées en matière de précision dimensionnelle, tels que les garnitures mécaniques de précision, les supports de chauffage dans l'industrie photovoltaïque, les rouleaux, etc.
3. Type recristallisé (R-SiC)
● Méthode de synthèse :
Un processus de frittage sans pression qui utilise le transfert de masse par évaporation-condensation du SiC à haute température pour obtenir la croissance et la liaison des grains, sans ajout d'auxiliaires de frittage.
● Performances :
Extrêmement pur et sans verre, il offre une excellente résistance aux hautes températures (capable d'une utilisation à long terme au-dessus de 1600°C) et une excellente résistance à l'oxydation et aux chocs thermiques. Cependant, il présente une porosité élevée (environ 15 à 20 %) et une résistance mécanique relativement faible.
● Candidatures :
Mobilier de four haut de gamme (tels que supports et poutres), buses de brûleur, tubes d'échangeur de chaleur et autres applications impliquant des environnements à haute température et riches en oxygène.
4. Type de pressage isostatique à chaud (HIPSiC)
● Méthode de synthèse :
Le frittage est réalisé à haute température en utilisant une pression extrêmement élevée (pressage à chaud) ou un gaz isotrope à haute pression (pressage isostatique à chaud). Des auxiliaires de frittage sont généralement ajoutés.
● Performances :
L'atteinte d'une densité théorique de près de 100 %, avec des grains fins et uniformes, se traduit par les propriétés mécaniques (résistance et ténacité) les plus élevées de toutes les qualités.
● Candidatures :
Utilisé dans des applications avec des exigences de performances extrêmement exigeantes, telles que le blindage, les composants aérospatiaux critiques et les outils de coupe haut de gamme. En raison de son coût élevé, son champ d’application est limité.
Utilisations de la céramique de carbure de silicium
Étant donné que les différentes qualités de carbure de silicium offrent diverses combinaisons de propriétés, elles peuvent être adaptées avec précision à des secteurs spécifiques et transformées en vos solutions commerciales. Le tableau suivant répertorie les applications correspondantes en fonction des performances, ce qui, nous l'espérons, sera utile.
Propriétés principales | Secteurs cibles | Pièces réelles utilisées |
Excellente résistance à l'usure | Mines, énergie, produits chimiques | ● Buse : sablage, découpe au jet d'eau
|
Fabrication d'automobiles et de machines | ● Joints : Joints d'arbre pour environnements sévères. ● Plaques d'usure | |
Excellente résistance mécanique et rigidité | Pompes, vannes et machines à fluides | ● Garnitures mécaniques : utilisées dans les pompes chimiques et les pompes multi-étages. ● Billes et rouleaux de roulement : utilisés dans les broches à grande vitesse et les machines-outils de précision. ● Manchons de pompe et colliers de butée : composants essentiels des pompes à entraînement magnétique. |
Défense et aérospatiale | Matériau d'armure léger : utilisant sa dureté élevée et sa résistance élevée pour résister aux chocs | |
Excellentes capacités de résistance aux températures élevées et de gestion thermique | Métallurgie, verre, céramique | ● Accessoires du four : Mobilier du four (supports, traverses, plaques de poussée), four. ● Buses de brûleur : composants de brûleur très efficaces et économes en énergie. |
fabrication de semi-conducteurs | ● Composants de traitement des plaquettes : disques de meulage, montages, palettes de recuit et plateaux épitaxiaux. Ils garantissent la planéité et la faible contamination des plaquettes de silicium lors des processus à haute température. | |
Excellente inertie chimique | Industrie chimique, Pétrole et gaz | ● Bagues d'étanchéité et garnitures mécaniques : Utilisées dans les pompes manipulant des acides forts (acide sulfurique, acide chlorhydrique) et des alcalis forts. ● Billes de vanne et sièges de vanne : contrôlez le flux de fluides corrosifs. ● Échangeurs de chaleur : utilisés pour le transfert de chaleur dans des environnements hautement corrosifs. |
Conductivité thermique et propriétés électriques élevées | Electronique de puissance et semi-conducteurs | ● Substrats pour appareils électroniques : dissipateurs thermiques pour LED haute puissance et modules IGBT. ● Équipements de fabrication de plaquettes : Mandrins et réchauffeurs électrostatiques. |
Détection et contrôle industriels | ● Ensembles de chauffage et de capteurs : équipement de traitement thermique à haute température. |
Conclusions
En bref, le carbure de silicium est un matériau céramique avancé et polyvalent, notamment en termes de résistance à l'usure, de performances thermiques et d'inertie chimique, qui surpasse de loin les autres céramiques techniques. Il dispose de diverses méthodes de synthèse, ce qui donne lieu à différentes qualités de produits aux propriétés uniques. Les pièces en carbure de silicium permettent de nombreux scénarios d'application difficiles, leur permettant de dépasser des limites plus élevées et de fournir de meilleures solutions en termes de coût total.
JingHui Industry est un fournisseur professionnel de composants en nitrure de silicium de haute qualité fabriqués à partir de matériaux de différentes qualités. Veuillez nous envoyer une demande si vous êtes intéressé.