Plaques de carbure de silicium (SiC)

Les plaques en carbure de silicium (SiC) sont des matériaux hautement performants, réputés pour leurs propriétés mécaniques, thermiques et chimiques exceptionnelles. Elles sont couramment utilisées dans les applications de blindage et de protection balistique, ainsi que dans les outils de coupe et les composants résistants à l'usure.

La plaque en RS-SiC a été assemblée à l'aide d'un matériau de brasage présentant un point de fusion inférieur à celui du SiC, de faibles coefficients de dilatation thermique et de bonnes propriétés de mouillage sur les surfaces en SiC. Les micrographies au MEB de cet assemblage ne révèlent aucun pore important, que ce soit sur la surface du SiC à l'état brut ou sur sa surface oxydée.

1. Protection balistique

Les plaques en carbure de silicium (SiC) offrent une protection balistique fiable contre de multiples menaces. Alors que l'alumine assure une protection fiable, mais lourde, contre les menaces liées aux balles et aux projectiles perforants à noyau d'acier, le carbure de silicium présente un rapport qualité-prix plus intéressant tout en offrant des capacités de défense contre de multiples menaces.

Des études ont démontré que les performances balistiques des céramiques varient non seulement en fonction de leur structure en couches, mais aussi en fonction de leurs conditions de support. Lors d’essais en conditions d’impact balistique, les céramiques stratifiées ont résisté à trois tirs sans support supplémentaire sous forme de gaine de blindage, offrant ainsi une excellente résistance aux impacts multiples. Toutefois, lorsqu’elles ont été testées en association avec un revêtement de protection flexible, les structures à couches progressives et à matrice pure ont présenté une profondeur de marque au verso inférieure à celle des échantillons à couches uniformes et des échantillons SSIC.

Il a été démontré que les effets d’autocontrainte de la céramique favorisent la dissipation d’énergie pendant les phases de maintien et de pénétration, ce qui permet de convertir une plus grande partie de l’énergie cinétique du projectile en énergie interne par dispersion dans la plaque céramique elle-même. Cela améliore son comportement ablatif tout en prolongeant le temps de séjour, ce qui augmente l'efficacité des plaques céramiques ; plus celles-ci sont épaisses, plus la dissipation s'en trouve accrue.

2. Résistance à la chaleur

Les plaques en carbure de silicium (SiC) sont obtenues par frittage de poudre de SiC à haute température, ce qui leur confère des propriétés mécaniques et thermiques exceptionnelles. Grâce à leur résistance et à leur dureté, ces plaques conviennent à des applications telles que la protection balistique, les outils de coupe et les composants résistants à l'usure. De plus, leur résistance à la corrosion leur permet de supporter sans difficulté l'exposition à des produits chimiques agressifs et à des températures élevées.

Le SiC est l'un des matériaux céramiques les plus résistants qui soient, grâce à sa grande dureté. Son indice de dureté sur l'échelle de Mohs, égal à 9, témoigne de sa résistance aux contraintes et aux chocs sans déformation ni fissuration, ce qui le rend idéal pour la fabrication de meules, de buses et de produits en papier ou en tissu abrasif.

Le SiC n'est pas seulement résistant et durable ; il est également hautement conducteur et dissipe rapidement la chaleur. Le SiC présente une résistance chimique aux acides, aux bases et aux agents oxydants, ainsi qu'aux températures élevées et à l'exposition à l'oxygène ; de plus, sa conductivité thermique élevée lui permet de refroidir rapidement après avoir été exposé à la chaleur, protégeant ainsi les circuits et les appareils électroniques contre les dommages.

3. Résistance chimique

Les plaques en carbure de silicium se distinguent des métaux en ce qu'elles ne réagissent pas avec la plupart des acides, des bases et des agents oxydants, ce qui leur confère une résistance supérieure aux environnements chimiques agressifs tout en réduisant les coûts d'entretien et de nettoyage.

Le SiC haute performance offre une excellente conductivité thermique, un faible coefficient de dilatation thermique et un module d'Young exceptionnel qui réduit la déformation due à la chaleur tout en améliorant le traitement de la surface des plaques. Il résiste à des températures extrêmes, ce qui en fait un excellent choix de matériau pour les fours industriels ainsi que pour les dispositifs de chauffage utilisés dans la métallurgie, les matériaux réfractaires, l'aérospatiale et les applications militaires, mais aussi pour les composants anti-abrasion destinés à lutter contre l'usure.

Les plaques de SiC liées à l'oxyde sont frittées selon plusieurs procédés, notamment le pressage à chaud, le pressage HIP et le frittage par liaison réactionnelle. Leur revêtement les protège contre l'oxydation et la corrosion tout en conservant une conductivité thermique élevée. L’identification et la détection des défauts peuvent également être réalisées à l’aide de techniques non destructives telles que la spectrométrie de masse à décharge luminescente et la spectroscopie de fluorescence X sur des échantillons solides, tandis que la spectrométrie d’émission optique ICP, la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif par ablation laser (LA-ICP-MS) et la microscopie électronique à balayage couplée à la spectrométrie à dispersion d'énergie (EDS) peuvent toutes être utilisées respectivement sur des échantillons digérés ou lixiviés. Outre ces avantages, le revêtement offre une excellente résistance à la corrosion, tant face aux milieux corrosifs qu’aux solutions acides.

4. Léger

Le carbure de silicium offre une solution bien plus légère que ses équivalents en céramique ou en bore utilisés pour les plaques traditionnelles, grâce aux températures réduites nécessaires à la formation de faces de frappe cohérentes, ce qui permet de réduire à la fois le poids et le coût de fabrication de ces composants essentiels.

Le rapport résistance/poids élevé du SiC permet aux concepteurs de créer des plaques de protection thoraciques offrant une meilleure couverture par livre sans augmenter l'épaisseur du matériau, ce qui permet de réduire à la fois les coûts de production et le poids du gilet.

Les plaques en SiC peuvent contribuer à réduire la consommation d'énergie et les émissions lorsqu'elles sont utilisées dans les fours, car leurs performances élevées permettent des cycles de chauffage et de refroidissement plus rapides, ce qui se traduit par un meilleur rendement et une meilleure durabilité environnementale. L'un des exemples illustrant les avantages du SiC réside dans son utilisation pour des éléments de four tels que ceux de LO-MASS, ainsi que pour des montants et tubes en SiC recristallisé, qui offrent une résistance et une durée de vie accrues, prouvant ainsi que le SiC est adapté même aux environnements de four les plus exigeants.

5. Durabilité

Le carbure de silicium (SiC), communément appelé « carborundum », est un matériau noir et dur composé d’atomes de silicium et de carbone qui présente l’un des indices de dureté de Mohs les plus élevés parmi tous les matériaux présents sur Terre ; il surpasse ainsi à la fois le diamant et le carbure de bore en termes de dureté de Mohs. De plus, le SiC présente plusieurs autres propriétés intéressantes, notamment une conductivité thermique élevée, un faible coefficient de dilatation et une bonne résistance à la corrosion par rapport à des matériaux similaires tels que l'acier.

Les plaques en carbure de silicium (SiC) offrent une durabilité exceptionnelle et protègent les personnes et le matériel contre des menaces mortelles telles que les balles, les explosifs et les produits chimiques. Leur résistance joue un rôle essentiel dans la protection des soldats lors de leurs missions, tout en préservant le matériel et les véhicules dont ils dépendent pour mener à bien leurs opérations.

La résistance à la flexion des céramiques en SiC produites par compactage ou par impression à jet de liant a progressivement augmenté au fil du temps, selon les données fournies par les fabricants spécialisés dans ces procédés. De plus, les données montrent que les céramiques produites par impression à jet de liant présentaient des distributions de probabilité plus serrées que celles issues du moulage par bande, ce qui indique une plus grande fiabilité à des niveaux de contrainte plus élevés ; cela renforce la certitude quant à leur capacité à résister aux dommages causés par les chocs, les vibrations ou d’autres contraintes, et renforce la confiance dans leur capacité à supporter les dommages résultant de chocs tels que les vibrations d’impact ou d’autres contraintes ; des plaques plus durables contribuent directement à la réduction des émissions liées à la consommation d’énergie lors du fonctionnement des fours, ainsi qu’à la diminution globale des déchets et des coûts de remplacement.