Comment fabriquer des poudres de carbure de silicium

Le carbure de silicium, plus communément appelé carborundum, est dur comme le diamant et très résistant à l'usure. En outre, ses propriétés céramiques le rendent adapté aux environnements à haute température et aux environnements sous tension.

Le procédé Lely permet d'obtenir une poudre qui peut être taillée en moissanite pour être utilisée comme pierre précieuse, mais les fabricants l'utilisent également pour fabriquer des articles abrasifs et des produits nécessitant de la dureté.

Sources d'information

Le carbure de silicium (SiC), également connu sous le nom de carborundum /krbnm/, est un composé extrêmement dur de silicium et de carbone qui se forme naturellement sous la forme du minéral moissanite et qui est produit en masse comme abrasif depuis la fin du 19e siècle. En liant le SiC pour former des céramiques dures ou en le dopant avec de l'azote, du phosphore, du béryllium ou de l'aluminium, on peut obtenir des semi-conducteurs de type n ou de type p.

Le SiC industriel est généralement produit par le procédé Acheson, qui consiste à chauffer du sable siliceux avec des sources de carbone telles que le coke de pétrole à des températures élevées dans un four ouvert, ce qui donne des grains de couleur verte ou noire en fonction de leur degré de pureté.

Le SiC est connu pour sa conductivité thermique et sa résistance à la corrosion supérieures. Avec son faible coefficient de dilatation thermique, son rapport résistance/dureté élevé, sa stabilité chimique et sa facilité d'usinage, il constitue une matière première de choix pour de nombreuses applications industrielles telles que les réfractaires, les abrasifs et les céramiques de haute qualité [16].

Traitement

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau céramique technique doté de propriétés uniques, notamment l'inertie chimique à toutes les températures, la résistance aux chocs thermiques et une grande aptitude au frittage. Le carbure de silicium est utilisé dans diverses applications céramiques techniques, notamment la fabrication de supports de four et d'équipements de manutention des fluides, ainsi que de roulements et de pièces d'usure. Parmi les autres utilisations du SiC figurent les filtres à particules pour moteurs diesel et la protection balistique. Washington Mills propose des équipements de concassage, de broyage et de classification capables de produire des matières premières conformes aux normes ANSI, FEPA et JIS.

La taille des grains des poudres de SiC peut varier en fonction de leur état initial et de la source de carbone. Un processus de préparation populaire pour la synthèse du SiC est la réduction thermique du carbone ; il s'agit de faire réagir un mélange contenant une mole de SiO2 inférieure à 200 mech avec 1,5 à 3 moles de source de carbone ; la lixiviation acide, le chauffage et la réaction de la solution résultante éliminent la production de carbone vitreux.

Les poudres de SiC produites par l'analyse quantitative XRD sont analysées plus en détail en utilisant la forme des particules, la composition granulométrique et l'analyse de la surface spécifique. Les caractéristiques importantes sont la forme des particules, la composition granulométrique et la surface spécifique. Les particules de SiC présentent généralement des structures plates et éclatées avec des sous-structures défectueuses caractérisées par des grilles de dislocation sur leurs bords - une caractéristique indésirable qui pourrait avoir un impact négatif sur les processus de frittage.

Caractéristiques

Le carbure de silicium présente de nombreuses caractéristiques uniques qui lui permettent d'être utilisé dans divers domaines industriels. En outre, ce matériau est chimiquement inerte et offre une grande résistance à l'abrasion, une résistance à la chaleur jusqu'à des températures élevées, une bonne résistance à la traction et un faible coefficient de dilatation thermique - autant de qualités qui font du carbure de silicium un matériau adapté à de nombreuses utilisations industrielles.

Les procédés de production du carbure de silicium ont un effet considérable sur ses propriétés et ses utilisations. Edward Goodrich Acheson a mis au point le procédé Acheson, qui consiste à chauffer un mélange de sable de quartz, de coke de pétrole et de copeaux de bois à des températures extrêmement élevées afin de provoquer des réactions chimiques qui produisent des cristaux de carbure de silicium - ces cristaux peuvent ensuite être broyés en poudre ou coulés en lingots pour la vente.

Cette poudre abrasive est couramment utilisée par les industries aérospatiale et automobile pour le rodage des pièces afin d'obtenir des dimensions précises et des finitions lisses. Elle est également utilisée dans les céramiques, la production de verre et la production d'acier et d'autres métaux. Alter Technology a créé un circuit radio utilisant ce matériau qui peut résister aux conditions extrêmes de l'espace.

Applications

La céramique de carbure de silicium est un matériau non oxydé exceptionnel aux applications variées en raison de sa dureté (dureté Mohs > 9), de son inertie chimique, de son faible coefficient de dilatation thermique et de sa résistance à la fois à la chaleur et aux chocs. Le carbure de silicium est utilisé comme pièces résistantes à l'usure dans les abrasifs ou comme pièces résistantes à l'usure dans les céramiques réfractaires, ainsi que dans les semi-conducteurs et les applications électriques en raison de ses propriétés de conductivité thermique.

Pour produire du SiC, les fabricants combinent d'abord la silice amorphe avec du carbone à des températures élevées - généralement du coke de charbon comme source de carbone - avant de la broyer finement et de la mélanger à de petites quantités de bauxite pour former une préforme. Une fois la préforme formée, elle est dopée à l'azote (SiC de type n) ou au bore, à l'aluminium et au gallium (SiC de type p), en fonction de l'application souhaitée.

Les fabricants utilisent ensuite cette préforme pour produire du carbure de silicium cubique par liaison par réaction ou par dépôt chimique en phase vapeur. La liaison par réaction est l'approche la plus couramment employée ; elle consiste à chauffer la préforme à 1 410 degrés Celsius et à la doper avec de l'azote ou du bore pour produire du carbure de silicium de type n. Le dépôt chimique en phase vapeur nécessite beaucoup plus d'énergie et d'équipement. Le dépôt chimique en phase vapeur nécessite beaucoup plus d'énergie et d'équipement pour son processus, alors que la liaison par réaction en nécessite beaucoup moins.

La poudre SiC conductrice de qualité semi-conducteur est conçue pour répondre aux besoins uniques de croissance de diverses méthodes de croissance de monocristaux de carbure de silicium conducteurs de troisième génération de type n. Ce type de poudre présente une distribution optimale de la taille des particules avec peu de vides, offrant des niveaux de pureté du produit supérieurs à 6N. Ce type de poudre présente une distribution optimale de la taille des particules avec peu de vides, offrant des niveaux de pureté du produit supérieurs à 6N.