Quelles sont les applications des plaques SiC ?

La plaque SiC est un matériau précieux, utilisé dans de nombreuses industries en raison de sa dureté supérieure, de sa résistance, de sa conductivité thermique et de ses propriétés de résistance à l'érosion.

Les plaques de carbure de silice sont fréquemment incorporées dans les systèmes de protection balistique tels que les gilets pare-balles pour la protection contre les balles et les éclats d'obus. On les trouve également dans les boucliers de sécurité utilisés par les forces de l'ordre et le personnel de sécurité.

Dureté

La plaque Sic se distingue des matériaux céramiques par la dureté de sa surface, ce qui la rend appropriée pour le revêtement de surfaces métalliques dans divers environnements industriels. En outre, elle peut également être utilisée pour les isolateurs, les condensateurs et les pompes qui ont besoin d'une grande résistance à l'usure.

La résistance à la rupture (6,8 MPa m0,5) et la résistance à la flexion (490 MPa) de ce matériau témoignent de sa résilience et de sa durabilité. Capable de supporter des températures extrêmes tout en restant résistant aux acides, aux alcalis et aux sels fondus, ses capacités de tournage et de fraisage en font un matériau très polyvalent, idéal pour toute une série d'applications industrielles.

Le carbure de silicium fait partie des matériaux les plus durs, après le diamant et le carbure de bore en termes de dureté. En outre, il présente un module d'Young impressionnant (440 GPa), qui démontre sa rigidité et sa résistance à la déformation.

Les essais de dureté des matériaux céramiques font appel aux méthodes d'essai Knoop ou Vickers avec pénétrateur en diamant, les résultats étant exprimés sous forme de nombres qui reflètent la profondeur des empreintes laissées par une charge appliquée. Les charges peuvent être mesurées en kgf, gf et p. Des tables de conversion sont disponibles pour faciliter la conversion entre les différentes échelles. Il est important de se rappeler que les métaux se déforment sous l'effet d'une contrainte mécanique, contrairement aux céramiques, et que les essais doivent donc être effectués sur des surfaces exemptes d'artefacts de préparation pour obtenir des résultats précis.

La force

Les plaques de carbure de silicium sont des matériaux très résistants et solides, avec une dureté Mohs exceptionnelle de 13, la deuxième après le diamant et le carbure de bore. Leur résistance supérieure leur permet de supporter des dommages dus à l'abrasion ainsi que des niveaux élevés de contraintes mécaniques, ce qui les rend adaptées à des applications telles que le blindage et la protection balistique, les outils de coupe et bien d'autres encore.

La solidité de la plaque Sic est encore accrue par sa résistance aux températures extrêmes. Capable de maintenir sa résistance dans des environnements à forte chaleur, le sic est utilisé comme matériau céramique dans les pièces de fours et les éléments chauffants pour les fours ou les éléments chauffants dans les chauffages ou les chaudières. En outre, il offre une excellente résistance chimique dans les environnements acides ou alcalins, ce qui en fait un excellent choix pour les composants exposés à des produits chimiques tels que les acides ou les alcalins.

Les propriétés physiques de la plaque Sic sont évaluées à l'aide de différents tests, tels que les tests CA et SA, afin de déterminer sa résistance à l'impact et à la pénétration. Les résultats sont ensuite comparés à ceux de matériaux similaires pour déterminer sa résistance. La résistance à la flexion et la ténacité des échantillons de plaques sic ont également été évaluées. La résistance à la flexion des échantillons à couches uniformes et à couches progressives était similaire, tandis que les échantillons à matrice pure présentaient une résistance à la flexion et une ténacité nettement supérieures à celles des échantillons de SSiC fritté en phase liquide (LpSSIC), bien que les échantillons LpSSIC présentaient des taux de rupture intergranulaire inférieurs à ceux des plaques sic laminées en raison de leurs structures en couches qui interféraient avec la transmission des ondes d'énergie dans les couches de la matrice.

Conductivité thermique

Le carbure de silicium se distingue des autres matériaux abrasifs par sa résistance et sa dureté qui restent stables à haute température, ainsi que par sa résistance à la corrosion chimique, ce qui le rend adapté aux fours et équipements industriels ainsi qu'à la fabrication de blindages pour les projectiles à grande vitesse. Sa conductivité thermique lui permet également d'être utilisé comme vêtement de protection contre le feu ou les explosions.

Bien que les plaques SIC offrent de nombreux avantages en termes de conductivité thermique, il subsiste plusieurs problèmes liés à cette conductivité. Il s'agit notamment de la nature de la diffusion qui dépend de la polarisation et des microfissures dans la couche interne de carbone pyrolytique (PIC). Les microfissures résultent du processus de dépôt en phase vapeur ; par conséquent, la formation de structures isolantes poreuses réduit la conductivité thermique globale de la plaque.

Pour répondre à ces préoccupations, nous avons mis au point une technique non destructive connue sous le nom de mesure non destructive de la diffusivité thermique et de la thermoréflectance des plaques SIC à l'aide d'un réfractomètre radiométrique à enregistrement de données de transfert thermodynamique non destructif (ns-TDTR). Cette technique utilise des méthodes d'imagerie thermique et de thermoréflectance pour évaluer les températures des couches de revêtement avant de comparer les résultats à des simulations thermiques transitoires de configurations identiques pour garantir des mesures précises et reproductibles.

En appliquant cette technique, nous avons découvert que la conductivité thermique des particules SIS ne dépendait pas de leur emplacement dans la structure du revêtement. Les valeurs de résistance thermique mesurées à proximité d'une couche d'OPyC étaient comparables à celles observées dans les monolithes de SiC, ce qui indique que l'interface n'est pas un facteur limitant important de la conductivité thermique. Nos résultats démontrent également qu'il est possible de caractériser de manière non destructive les structures de revêtement céramique multicouches minces à l'aide de cette approche.

Résistance à la corrosion

Les plaques de SiC sont résistantes à la corrosion et tolérantes à la température, ce qui en fait un excellent choix de matériau pour les composants qui doivent fonctionner dans des environnements difficiles, tels que les revêtements de protection, les outils de coupe et d'autres applications à haute performance. Leur résistance à l'usure les rend également adaptées à des applications telles que les buses de grenaillage et les composants de cyclones.

Stanford Advanced Materials propose une sélection de plaques de SiC, telles que le carbure de silicium alpha directement fritté (SSiC). Cette céramique présente une excellente inertie chimique et une résistance aux acides et autres substances corrosives ; en outre, elle possède une dureté Mohs qui n'est surpassée que par celle du diamant. Elle est couramment utilisée dans les fours pour les opérations de frittage, les processus de production de verre, les opérations de fabrication d'acier ou autres applications similaires à haute température.

Des essais de corrosion sur un échantillon composite SiC3D/6061Al ont été effectués pour analyser son comportement à la corrosion, en utilisant un microscope électronique à balayage à émission de champ TESCAN MIRA3 avec un spectromètre à rayons X à dispersion d'énergie comme moyen. Les diagrammes de Bode de la figure 9 montrent que la réaction électrochimique de surface a d'abord augmenté rapidement avant de s'atténuer lorsque des produits de corrosion se sont formés à sa surface.

Au cœur de la corrosion, les ions cuivre migrent de leurs bases respectives vers la zone d'interface entre l'alliage et le composite, où ils se déposent sur la couche d'oxyde et diminuent le potentiel de corrosion. Le potentiel de corrosion de l'interface SiC3D/6061Al était inférieur à celui observé sans revêtement SiC3D, ce qui confirme cette hypothèse.