Utilisation du carbure de silicium

Le carbure de silicium (SiC) est un composé cristallin de silicium et de carbone extrêmement dur, produit synthétiquement. Communément appelé Carborundum/Karbrndm/, le carbure de silicium présente une grande résistance.

Le SiC naturel se trouve sous forme de moissanite, une pierre précieuse rare, ainsi qu'en quantités très limitées dans les météorites, les gisements de corindon et la kimberlite. La production commerciale consiste généralement à chauffer du sable siliceux avec du carbone à des températures élevées dans un four électrique pour produire du SiC.

Abrasif

Le carbure de silicium (SiC), l'un des matériaux les plus durs de la planète, est devenu un outil indispensable dans les applications abrasives. Constituant majeur des meules et des toiles abrasives, le carbure de silicium excelle également dans la découpe des métaux non ferreux et des pièces réfractaires.

Le carbure de silicium conserve ses propriétés abrasives

Contrairement au papier de verre fabriqué avec d'autres abrasifs qui s'usent rapidement avec le temps, le carbure de silicium résiste à l'épreuve du temps et de l'usure, produisant des résultats constants et une grande précision sur différents matériaux. Cette durabilité permet également aux professionnels et aux bricoleurs d'obtenir les résultats escomptés pour leurs projets.

Le carbure de silicium est largement utilisé dans les dispositifs électroniques de puissance à haute tension, tels que les diodes à barrière Schottky et les transistors bipolaires. En augmentant les distances de conduite des véhicules électriques et en améliorant les systèmes de gestion des batteries, ainsi qu'en rendant les convertisseurs de haute puissance plus petits et plus légers, le carbure de silicium peut permettre de réduire les coûts des stations de recharge pour les véhicules électriques.

Céramique

Le carbure de silicium est un élément essentiel des céramiques en raison de son excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation, de sa faible expansion et de ses propriétés de tolérance à la chaleur. La céramique de carbure de silicium est souvent utilisée dans les plateaux de four, les buses de brûleur et les tubes de jet, en raison de sa résistance à l'érosion, à la corrosion et à l'abrasion.

Le SiC est le plus souvent utilisé comme matériau abrasif en raison de sa composition dure et polyvalente, ce qui lui permet d'être utilisé pour fabriquer des meules et des toiles. En outre, le SiC peut être combiné à d'autres matériaux céramiques pour former des structures céramiques solides et résistantes, telles que des plaques et des buses pare-balles, ainsi que des roulements à haute température.

La structure atomique du carbure de silicium est très serrée, avec deux tétraèdres de coordination primaires (composés d'atomes de silicium et de quatre atomes de carbone) reliés par des coins pour former des polytypes avec différentes séquences d'empilement, ce qui donne des structures cristallines distinctes avec leurs propres propriétés spécifiques - le carbure de silicium alpha est le plus fréquemment rencontré parmi celles-ci.

Électronique

Le carbure de silicium est utilisé dans certains dispositifs semi-conducteurs à haute tension. Il présente une tension de claquage plus élevée que le silicium et fonctionne bien dans des environnements à haute température - idéal pour des applications telles que l'électronique de puissance pour les véhicules électriques et les onduleurs solaires, par exemple.

Ce matériau robuste présente une excellente conductivité thermique, ce qui le rend utile dans des applications telles que la production d'énergie et l'électronique aérospatiale. En outre, son point de fusion le rend adapté à la fabrication de céramiques sous forme de feuilles minces, ou il peut être ajouté comme additif à d'autres matériaux pour en augmenter les propriétés mécaniques.

Le carbure de silicium pur est un isolant électrique, mais le dopage avec des impuretés modifie ses caractéristiques électriques pour qu'il se comporte comme un semi-conducteur. Lorsqu'il est dopé, le SiC peut devenir un dispositif de type P ou de type N en ajoutant des atomes d'aluminium, de gallium, de bore, d'azote ou de phosphore, ce qui conduit à divers polytypes de carbure de silicium avec des arrangements différents le long de l'axe c et des structures cristallines variées telles que des structures cubiques, hexagonales ou rhomboédriques.

Piles à combustible

Le carbure de silicium est un matériau indispensable à de nombreux processus industriels. Il sert d'abrasif dans les meules, les disques de coupe et le papier de verre et est également utilisé pour produire des céramiques, des réfractaires et des pièces résistantes à l'usure.

Des scientifiques étudient la possibilité d'utiliser du carbure de silicium cubique nanoporeux pour séparer l'eau et produire de l'hydrogène gazeux pour les piles à combustible, ce qui pourrait constituer une nouvelle source innovante d'énergie renouvelable pour lutter contre le réchauffement de la planète.

Le carbure de silicium (SiC) trouve une large application dans l'électronique de puissance, où il sert à remplacer les IGBT et les transistors bipolaires qui souffrent d'une forte résistance à l'allumage à des tensions de claquage élevées par des dispositifs qui fonctionnent de manière plus fiable à des températures plus élevées avec des pertes de commutation beaucoup plus faibles. Le SiC est largement utilisé pour remplacer les IGBT.

Goldman Sachs estime que l'utilisation du SiC dans les systèmes de convertisseurs de puissance des véhicules électriques pourrait réduire la taille et le coût de 30%, ce qui permettrait aux constructeurs de produire des voitures plus abordables avec des convertisseurs de puissance au SiC.