Qu'est-ce que le carbure de silicium ?

Le carbure de silicium, plus communément appelé carborundum, existe à l'état naturel sous la forme d'un minéral rare, la moissanite, et dans les météorites ; toutefois, la plupart des carbures de silicium vendus aujourd'hui sont fabriqués synthétiquement.

Le plastique renforcé de fibres de carbone (PRFC) est un matériau extrêmement dur à liaison covalente produit par réduction carbothermique de sable siliceux et de coke de pétrole dans un four à résistance électrique, ce qui le rend résistant à la corrosion et à l'abrasion.

Thermodynamique

Le carbure de silicium (SiC) est une céramique d'antimoine connue pour sa dureté, sa conductivité thermique élevée et sa résistance aux réactions chimiques. En outre, le SiC présente un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui le rend adapté aux applications exigeant une résistance à la chaleur ou aux chocs thermiques.

Le SiC est un matériau extrêmement pur, d'une dureté de 9 sur l'échelle de Mohs. Il peut être créé en chauffant un mélange de sable et de carbone dans un four à résistance électrique ; un raffinement supplémentaire peut inclure l'ajout de dopants d'aluminium qui produisent un dispositif semi-conducteur de type n ou de type p.

Le point de fusion du SiC peut varier en fonction de sa structure cristalline polymorphe. Il existe sous plus de 70 formes distinctes, dont le carbure de silicium alpha (4H-SiC), dont la structure cristalline hexagonale ressemble à la wurtzite, qui est la plus répandue. Le carbure de silicium bêta existe également avec des structures cristallines cubiques à face centrée similaires à la zincblende ou à la sphalérite pour un usage répandu.

Structure cristalline

Le carbure de silicium est un matériau cristallin dont il existe de multiples variétés ou polytypes, chacun présentant un arrangement spécifique de couches liées entre elles par des atomes de silicium et de carbone en formation tétraédrique. La séquence d'empilement de chaque polytype lui confère une structure cristalline unique.

Le carbure de silicium se présente sous deux formes principales : le carbure de silicium alpha (a-SiC) et le carbure de silicium bêta (b-SiC). Parmi ces deux formes, le carbure de silicium bêta présente des structures cristallines cubiques à faces centrées qui rappellent le diamant, la zincblende ou la sphalérite.

La céramique réfractaire SiC possède une excellente conductivité thermique en raison des rayons atomiques presque égaux entre a-SiC et b-SiC, ce qui lui confère une bonne conductivité thermique. En outre, cette propriété permet aux phonons de se propager librement dans sa composition. Toutes ces caractéristiques, combinées à son point de fusion élevé et à son faible taux de dilatation thermique, font du carbure de silicium un matériau intéressant pour les fours à haute température, ainsi qu'une résistance à la corrosion et des propriétés de rigidité qui en font un choix de matériau intéressant.

Composition chimique

Le carbure de silicium est un matériau céramique non oxydé qui présente une inertie chimique et d'excellentes propriétés mécaniques et physiques, notamment une résistance élevée, une dureté Mohs de 9, de faibles taux de dilatation thermique, une résistance aux réactions chimiques, d'excellentes propriétés de résistance au fluage et des températures allant jusqu'à 1600 degrés Celsius sans commencer à s'oxyder.

La solidification permet aux atomes de carbone et de silicium de former des structures de coordination triple, comme le révèle leur distribution de facteurs de forme qui présente un pic clair à 109deg (angle tétraédrique) ainsi que de larges régions autour de ce pic, ce qui suggère la présence de diverses structures locales.

Le SiC peut être produit par fusion d'argile et de charbon en poudre ou par réduction directe dans des fours électriques avec du carbone ou de l'hydrogène. Edward Goodrich Acheson a été le premier à produire du SiC à grande échelle à l'aide d'un procédé électrothermique en 1891. Depuis lors, ce matériau durable est largement utilisé pour l'usinage abrasif et les travaux de revêtement, ainsi que dans d'autres applications telles que les réfractaires et les composants électroniques.

Applications

Le carbure de silicium a de nombreuses applications utiles. C'est un abrasif populaire utilisé pour le meulage et le polissage des métaux tels que le laiton, le bronze, l'acier et le marbre, ainsi que pour le découpage des céramiques. En outre, sa cote de 9 sur l'échelle de Mohs signifie qu'il présente des similitudes avec la dureté du diamant et qu'il est extrêmement durable et résistant aux réactions chimiques.

La conductivité thermique et l'expansion thermique sont d'excellentes qualités du nitrure d'aluminium, ce qui en fait un matériau idéal pour les blindages balistiques. En outre, ses caractéristiques de résistance et de rigidité le rendent adapté aux systèmes d'armes balistiques ainsi qu'aux moteurs de missiles et de fusées.

Réacteur à lit de boulets (PBR). En outre, la résistance inhérente de ce matériau à l'oxydation le rend approprié pour la production de briques réfractaires et le revêtement de réacteurs nucléaires tels que les réacteurs à lit de boulets. En outre, les céramiques d'alumine et de zircone fabriquées avec ce matériau utilisent également le réacteur à lit de boulets dans leurs produits. De plus, sa dureté, sa rigidité et sa faible dilatation thermique en font un matériau de choix pour les miroirs des télescopes astronomiques.