Carbure de silicium fritté

Le frittage consiste à chauffer et à appliquer une pression sur des particules de matériau jusqu'à ce qu'elles se lient en une masse organisée - comme lorsqu'on presse de la neige pour former une boule de neige compacte.

Le sic fritté par réaction et sans pression en phase liquide offre d'excellentes possibilités de mise en forme à des températures de traitement plus basses pour des formes complexes. Malheureusement, leur résistance à la flexion commence à diminuer rapidement dès que les températures dépassent 1400 degrés Celsius.

Dureté

Le carbure de silicium fritté (SSIC) est une céramique non oxydée présentant d'excellentes propriétés de dureté, de densité, de conductivité thermique et de résistance à l'usure, qui convient parfaitement aux plaques de blindage des véhicules destinées à protéger le personnel militaire contre les projectiles à grande vitesse. Notre équipe peut fabriquer ces plaques pour offrir à vos véhicules militaires et à votre équipement de protection individuelle une sécurité maximale contre les projectiles potentiellement mortels et minimiser les dommages collatéraux dans les environnements hostiles.

Le frittage sans pression en phase liquide est une méthode de densification alternative qui utilise l'infiltration de silicium liquide et d'alliage de silicium dans les corps verts des particules d'a-SiC avec du silicium liquide pour former du b-SiC qui réagit ensuite avec l'a-SiC existant pour les densifier et créer des produits avec des dimensions précises et des niveaux de pureté élevés, mais de mauvaises performances à haute température en raison de la présence de b-SiC qui compromet la solidité, la résistance à la corrosion acide, la résistance à la flexion et bien plus encore. Ce processus peut produire des produits aux dimensions et aux niveaux de pureté précis, mais peut affecter la résistance à la flexion ainsi que la résistance à la corrosion acide.

Afin d'améliorer les performances à haute température du frittage par réaction, il est nécessaire de contrôler la taille et la distribution du Si résiduel dans le corps. Cela peut être réalisé en ajoutant des adjuvants de frittage dans le processus et en modifiant leur composition - produisant des particules d'a-SiC avec une distribution étroite et une faible porosité qui permettent une résistance élevée au test de flexion - jusqu'à trois fois plus élevée que le RS-SiC commercial !

Résistance à la corrosion

La corrosion des céramiques SiC frittées provoque des défauts de surface qui dégradent la résistance à des températures élevées, en particulier en cas de rupture fragile sous l'effet d'une contrainte mécanique ou thermique. La corrosion raccourcit la durée de vie du matériau, réduisant la résistance de manière significative au-dessus de 1400 degrés Celsius en raison de l'effet de la corrosion - ce phénomène entraîne une chute rapide de la résistance des céramiques SiC frittées par réaction conventionnelle et sans pression (tableau 16).

Cette invention propose un corps fritté de carbure de silicium contenant du carbure de silicium de type a comme principal constituant. Pour produire ce matériau, de la poudre de a-SiC et du graphite sont mélangés à une billette d'acier pour former un produit poreux qui subit ensuite une infiltration de Si en phase vapeur pour sceller ses pores et le fritter, ce qui donne un produit final comprenant principalement du carbure de silicium de type a qui présente une excellente résistance à la corrosion lorsqu'il est soumis à un lavage à l'acide nitrique.

Une avancée de cette technologie réside dans sa capacité à produire des matériaux frittés à l'état solide avec des densités élevées et des résistances à la flexion à température ambiante supérieures à 580 MPa - près du double de celles généralement produites par le SiC fritté par réaction. Pour améliorer les performances de ce matériau, seuls les gros grains connectés ont été frittés pendant le frittage réactionnel original des particules et les fines particules de SiC ont été réduites à des niveaux minimums tout en conservant une résistance à la corrosion améliorée grâce à un additif renforcé (Y2O3) utilisé pendant la production.

Résistance à l'usure

Le carbure de silicium est l'un des matériaux céramiques les plus durs. Il conserve sa dureté et sa résistance à des températures élevées, ce qui lui confère une résistance exceptionnelle à l'usure. En outre, son excellente conductivité thermique favorise la résistance à la corrosion et aux chocs thermiques. En outre, ce matériau léger pèse deux fois moins que l'acier et présente un taux de dilatation thermique extrêmement faible, ce qui permet de l'utiliser dans des applications et des environnements difficiles.

Les grades de sic fritté haut de gamme de Morgan, tels que Hexoloy SP et Purebide, sont conçus pour répondre aux exigences rigoureuses des faces de garnitures mécaniques qui requièrent dureté, solidité, résistance à l'usure, résistance chimique et à la corrosion, ainsi qu'une lubrification accrue entre les surfaces de contact - surpassant en performance et en longévité les produits sic frittés et liés par réaction conventionnels. Ils sont dotés de pores sphériques conçus comme des réservoirs de fluide pour augmenter encore les performances de lubrification entre les surfaces d'étanchéité et surpasser les produits sic frittés à liaison réactive conventionnels en termes de performances globales et de longévité.

Grâce à sa durabilité, ce matériau est idéal pour les composants aérospatiaux tels que les systèmes de carburant et d'huile, sa résistance chimique le protégeant contre les acides, les sels et les alcalis courants. En outre, sa faible densité permet de gagner du poids, ce qui contribue à améliorer le rendement énergétique et les performances des avions. Parmi les autres applications industrielles de ce matériau figurent les pièces d'équipement de production de semi-conducteurs, les lasers et les applications structurelles des réacteurs de fusion.

La force

Le carbure de silicium fritté est un matériau céramique durable, connu pour sa dureté et sa densité qui le rendent adapté aux plaques de blindage balistique dans les véhicules ou les systèmes de protection individuelle, offrant une protection contre les projectiles à grande vitesse tout en maintenant la mobilité sans compromettre la protection. La densité élevée de ces plaques peut même contribuer à maintenir un poids faible pour une mobilité accrue sans réduction des niveaux de protection.

La résistance des sic frittés est déterminée à la fois par le processus de frittage et la distribution de la taille des particules, et par toute silice résiduelle présente pendant le frittage qui pourrait compromettre la dureté et la résistance à l'usure. Pour éviter cela, le frittage doit avoir lieu sous atmosphère inerte en utilisant des gaz tels que l'argon ou le monoxyde de carbone (CO) comme auxiliaires de frittage et/ou des auxiliaires de frittage en carbure de bore ou en carbone (B4C) comme agents d'inertage.

Le SiC fritté sans pression, le frittage par pression isostatique à chaud et le SiC lié par réaction peuvent présenter des différences significatives en termes de densité et de résistance à la flexion. Le SiC fritté sans pression est généralement plus résistant que le SiC lié par réaction en raison de sa meilleure résistance à la chaleur et aux attaques chimiques ; toutefois, le SiC lié par réaction peut être plus rentable pour les applications qui n'exigent pas des niveaux de performance aussi élevés. Les additifs de frittage contenant du Re2O3 (Re = Sc, Lu, Yb et Er) à un rapport molaire de 2:3 ont amélioré de manière significative la résistance à haute température des céramiques SiC frittées en phase liquide et recuites ultérieurement en supprimant la formation d'IGP - probablement attribuable à des limites SiC-SiC et SiC-jonction plus propres.