Carbure de silicium vert

Le carbure de silicium est l'un des matériaux les plus durs connus à ce jour. Doté d'une résistance à la coupe et d'une rigidité élevées, ainsi que d'une grande stabilité chimique et d'un faible coefficient de dilatation thermique, le carbure de silicium trouve de nombreuses applications dans le secteur industriel.

Les abrasifs en SiC se déclinent en deux variétés : le SiC vert (pur 99%) et le SiC noir (pur 97%). Le SiC noir est obtenu à partir de sable de quartz siliceux mélangé à du coke de pétrole, le tout ayant subi une fusion électrique à haute température dans un four à arc électrique.

Industrie des abrasifs

Le carbure de silicium (SiC, également prononcé « krbndum ») est un matériau semi-conducteur à large bande interdite que l'on trouve à l'état naturel sous la forme d'un minéral rare, la moissanite ; depuis 1893, il est toutefois produit à l'échelle commerciale sous forme de poudre et de cristaux destinés à être utilisés comme abrasifs. De plus, le SiC sert d'agent de frittage dans la fabrication des carbures cémentés, des matériaux céramiques extrêmement durs utilisés dans des applications exigeant une grande résistance, telles que les freins automobiles et les gilets pare-balles.

Le SiC vert est présent dans de nombreux produits abrasifs, allant du papier abrasif à l'eau et des abrasifs enduits aux meules, en passant par les composés de sablage, de rodage et de polissage. On le retrouve également dans les meules, les composés de sablage, les composés de rodage et les composés de polissage – sans oublier des applications telles que celles de la fonderie, où les grains pointus et allongés peuvent être privilégiés, tandis que les grains massifs conviennent mieux aux produits non enduits ou aux produits non enduits à usage général.

Le SiC vert est réputé pour offrir une meilleure résistance aux chocs que les abrasifs à base d’oxyde d’aluminium grâce à sa dureté, ce qui le rend plus adapté au meulage de matériaux moins ductiles, présentant une résistance à la traction plus faible et moins cassants que les feuilles d’oxyde d’aluminium. Le carbure de silicium possède également d'excellentes propriétés thermiques qui le rendent idéal pour une utilisation dans les dispositifs électroniques à haute température et l'usinage, où les températures augmentent considérablement ; cela lui permet ainsi de couper les métaux et les céramiques à des vitesses plus élevées que tout autre type d'abrasif.

Industrie de la meulage

Le carbure de silicium vert est un matériau abrasif couramment utilisé pour le meulage et la découpe des métaux. Grâce à sa dureté, il constitue un excellent choix pour le meulage de matériaux présentant une conductivité thermique et une stabilité élevées, tels que la céramique, le verre et les métaux non ferreux, ainsi que les alliages durs. GnPGraystar produit du carbure de silicium vert et noir sous diverses formes afin de répondre aux exigences de différentes applications. La variante alpha du carbure de silicium (a-SiC), qui présente une structure cristalline hexagonale similaire à celle de la wurtzite, figure parmi ses applications les plus courantes. Le carbure de silicium (SiC) est largement utilisé dans la céramique technique, les matériaux réfractaires et les applications électriques. Une variante appelée carbure de silicium de type bêta (b-SiC), dotée d’une structure cristalline de type blende de zinc, est moins courante mais offre une meilleure résistance à l’usure et des taux d’érosion plus faibles que les produits SiC conventionnels.

À l'heure actuelle, il est utilisé pour les meules vitrifiées et résinoïdes, le sablage, les pâtes abrasives, le rodage et le polissage. Il se caractérise par une dureté extrême de 9,4 sur l'échelle de Mohs (2 600 sur l'échelle de Knoop), un fort pouvoir coupant et des propriétés chimiques stables – des qualités idéales pour un abrasif.

Le carbure de silicium vert remplit de multiples fonctions. Non seulement il est utilisé comme abrasif, mais il constitue également un composant essentiel dans la production de matériaux réfractaires et les opérations de meulage de céramique ; il est également utilisé comme désoxydant lors de la fabrication du fer et de l'acier, dans la production de céramiques à base de carbure de silicium, dans les applications de projection thermique, dans la fabrication de matériaux composites ainsi que dans des applications électroniques telles que la production de plaquettes de silicium destinées à la fabrication de panneaux solaires.

Industrie des céramiques à base de carbure de silicium

Le carbure de silicium est une céramique non oxydée utilisée dans des applications à haute température, haute pression et chimiquement exigeantes. Les applications du carbure de silicium vont des abrasifs à haute dureté aux réfractaires résistants à la corrosion, en passant par les céramiques utilisées comme composants électroniques à haute température dotés d’excellentes propriétés isolantes, ainsi que par la fourniture d’abrasifs présentant une excellente dureté ; la résistance aux chocs thermiques grâce à la protection contre la corrosion qu’offrent les réfractaires, ainsi que la résistance à la corrosion et aux chocs thermiques des réfractaires, qui servent à protéger les réfractaires contre la corrosion et à être utilisés dans des environnements corrosifs ; quant aux céramiques résistantes aux chocs thermiques, elles présentent d’excellentes performances mécaniques avec un module de Young, ainsi qu’une bonne conductivité thermique, tout en résistant aux acides et aux alcalis, et en atteignant, voire en dépassant, des niveaux de dureté de 1 000 GPa lorsqu’ils sont soumis à une utilisation intensive !

Le carbure de silicium, qu’il soit à l’état brut, semi-fritté ou entièrement fritté, se prête relativement facilement à l’usinage de géométries complexes. Malheureusement, le frittage entraîne un retrait d’environ 20% pendant le traitement, ce qui rend difficile le respect de tolérances serrées sur les composants entièrement frittés ; ceux-ci doivent donc être usinés à l’aide d’outils diamantés, un processus coûteux et chronophage.

Les céramiques au carbure de silicium trouvent des applications aussi variées que la technologie des joints dynamiques à roulements à friction dans les pompes et les systèmes d'entraînement, l'impression par friction, la balistique, la production chimique, les technologies énergétiques, la fabrication du papier et les composants de réseaux de canalisations. Grâce à leurs caractéristiques supérieures, telles que leur rapport coût-efficacité et leur longue durée de vie par rapport aux métaux, les céramiques en carbure de silicium offrent des prix nettement inférieurs et une durée de vie plus longue que leurs équivalents métalliques ; les contrôles de qualité par radiographie à rayons X à transmission en temps réel permettent d’effectuer rapidement des vérifications d’assurance qualité afin de détecter des défauts tels que des inclusions de fer dans les composants en SiC fritté.

Autres secteurs d'activité

Le marché mondial du carbure de silicium vert devrait connaître une expansion significative au cours de la période de prévision. Le secteur automobile des pays en développement est le moteur de cette expansion attendue ; en particulier, les composés de carbure de silicium utilisés à diverses fins dans les automobiles, tels que les plaquettes de frein, les abrasifs, les filtres à particules diesel et même les composants électroniques résistants aux hautes températures comme les plaquettes de frein ou les filtres, sont utilisés comme composants automobiles. De plus, la demande croissante de véhicules électriques contribue à stimuler davantage l'expansion du marché.

Les qualités abrasives exceptionnelles du carbure de silicium vert en font un excellent choix pour le meulage des surfaces métalliques, en verre et en pierre. Son affinité avec le carbone le rend particulièrement efficace pour le meulage des matériaux à base de fer et de nickel ; toutefois, d'autres substances métalliques présentant une résistance à la traction plus faible, comme l'acier, peuvent nécessiter le recours à des alternatives à base d'oxyde d'aluminium.

La principale application du carbure de silicium réside dans la fabrication de matériaux réfractaires. Les matériaux réfractaires sont utilisés pour le revêtement des fours dans les aciéries et les fonderies, ainsi que pour les opérations de coulée nécessitant des températures élevées ; la résistance à la chaleur du carbure de silicium en fait un matériau de choix.

La poudre de carbure de silicium de haute pureté est une matière première indispensable pour les semi-conducteurs et les dispositifs électroniques ; elle joue un rôle essentiel dans la croissance de monocristaux de carbure de silicium, la production de lingots de SiC par dépôt en phase vapeur, fabrication de plaquettes LED à partir de SiC, et sert également d’excellent matériau pour les miroirs des télescopes astronomiques grâce à sa dureté, sa rigidité et sa conductivité thermique.