Le carbure de silicium fritté et ses nombreuses applications

Le carbure de silicium est un matériau céramique exceptionnel pour les applications industrielles en raison de sa résistance au fluage, de sa stabilité chimique et de ses propriétés supérieures en termes de module, de dureté et de résistance. En outre, sa facilité de mise en forme le rend apte à être utilisé à haute température.

Le SiC fritté par réaction offre une excellente capacité de mise en forme avec des températures de traitement plus basses que le SiC fritté standard, ce qui permet de raccourcir le calendrier de cuisson tout en conservant une excellente microstructure et d'excellentes propriétés mécaniques.

Plaques de blindage balistique

La dureté et la densité du carbure de silicium fritté en font un matériau idéal pour les plaques de blindage balistique qui protègent les militaires et les forces de l'ordre contre les projectiles à grande vitesse. Ces systèmes à base de plaques absorbent et répartissent l'énergie de l'impact pour des conceptions plus compactes qui préservent la mobilité tout en offrant une protection supérieure.

Selon une méthode, la poudre finement broyée est combinée à des adjuvants de frittage non oxydés et pressée à froid de manière isostatique pour créer une pâte, puis façonnée à froid et moulée en corps verts à l'aide de divers biners, l'organosilicium étant le plus fréquemment utilisé. Après cokéfaction à des températures d'environ 1 450 °C, cette structure polymérique développe des corps poreux monolithiques présentant une forte résistance à la flexion et à l'usure, qui sont à la base du produit RBSC.

Le frittage par pressage à chaud peut également être utilisé pour produire des RBSC, en produisant des matériaux denses mais compacts, avec ou sans adjuvants de densification tels que le nitrure d'aluminium à des fins de densification. Cette technique permet d'obtenir des microstructures plus fracturées qui permettent l'absorption d'énergie et la déformation de la face arrière.

Quel que soit le processus de fabrication, les plaques balistiques doivent répondre à des normes de certification rigoureuses établies par le NIJ. Cela implique des protocoles de tests approfondis conçus pour évaluer les capacités de protection telles que la résistance à la pénétration et à la déformation de la face arrière ; la durabilité et l'évaluation de la résistance chimique sont également des considérations clés.

Disques et plaquettes de frein

Les céramiques techniques telles que la zircone constituent l'un des matériaux les plus durs et les plus durables du marché, tout en restant légères. Cela signifie qu'elle peut résister à des températures extrêmes ainsi qu'à des charges importantes, ce qui en fait un excellent choix de matériau pour les disques et les plaquettes de frein. En outre, grâce à sa combinaison de poids faible, de dureté, de caractéristiques stables dans des conditions de pression/température élevées et de quasi-ductilité, il est idéal pour les systèmes de freinage à haute performance.

Les disques de frein en carbure de silicium fritté peuvent être une entreprise coûteuse. La production nécessite environ un mois à partir d'un mélange de fibres de carbone et de résine de silicium qui est ensuite moulé en forme de disque avant d'être placé sous une pression de 20 000 kg à 200 degrés Celsius pendant plusieurs heures avant d'être refroidi.

Mais le prix a suffisamment baissé pour que les super-voitures et les chemins de fer, qui prennent au sérieux l'arrêt des trains grâce à la gravité, le trouvent intéressant.

Les disques de frein frittés en carbure de carbone et de silicium (C/SiC) dotés d'un revêtement résistant à l'oxydation peuvent réduire considérablement la distance de freinage en augmentant la surface de contact entre le rotor et la surface de frottement de la plaquette. L'invention propose un procédé de fabrication de préformes de frein en C/SiC consistant à mélanger des fibres de carbone avec une résine thermodurcissable, telle qu'un mélange de polyacrylonitrile et de goudron de houille ; à presser pour former un compact vert ; à pyrolyser le compact vert ; à infiltrer du silicium en fusion par injection à chaud ; et enfin à infiltrer le corps en C/SiC en fusion avec du silicium.

Composants de turbines d'avion

Les matériaux utilisés dans les applications aérospatiales de grande valeur, notamment les composants des moteurs à réaction et les miroirs optiques des télescopes spatiaux, doivent résister à la fois à de fortes forces de rotation et aux frottements de glissement. Le carbure de silicium est deux fois plus dur que le titane et plus de 20 fois plus dur que les superalliages à base de nickel, tout en étant considérablement plus léger et plus durable, ce qui en fait le matériau idéal pour répondre à des exigences aussi rigoureuses.

Le carbure de silicium (SIC) est une céramique inerte qui résiste à la corrosion dans divers environnements chimiques, offrant des performances stables à haute température avec une résistance supérieure aux chocs thermiques et à l'usure. En outre, le frittage du SIC permet de produire des pièces extrêmement denses et solides, dotées d'une résistance à l'usure et d'une solidité remarquables.

Le SiC lié par réaction et le SiC fritté sans pression sont tous deux des matériaux idéaux pour les applications aérospatiales. Le RBSiC est créé en infiltrant du silicium liquide dans des préformes poreuses en carbone ou en graphite et en réagissant avec lui pour produire du carbure de silicium. Le SiC fritté offre une plus grande résistance à l'usure, une meilleure stabilité thermique et une plus grande dureté, mais le RBSiC se distingue par des coûts de production plus faibles.

Le SiC fritté sans pression présente la pureté, la densité et la résistance les plus élevées parmi les méthodes de densification, ce qui le rend idéal pour les applications exigeant des tolérances dimensionnelles précises, telles que l'usinage, le meulage et le rodage. En outre, ses propriétés mécaniques exceptionnelles sont renforcées par sa microstructure et sa structure poreuse uniques, notamment en tant que réservoirs de fluides dans les applications à contact glissant, telles que les faces de garnitures mécaniques et les roulements lubrifiés par le produit.

Sous-systèmes satellitaires

Les satellites sont des systèmes complexes, et chaque sous-système doit fonctionner de manière fiable afin de remplir la fonction pour laquelle il a été conçu. Pour ce faire, différents matériaux peuvent être utilisés, comme le carbure de silicium fritté, qui peut résister à des environnements difficiles et à des températures extrêmes. Produit par infiltration de silicium liquide dans une préforme poreuse en carbone ou en graphite, puis par frittage, le carbure de silicium fritté est connu pour sa stabilité thermique qui lui permet de résister à des températures élevées sans se dégrader, ce qui le rend parfait pour les applications aérospatiales.

Les sous-systèmes de communication permettent aux satellites d'envoyer et de recevoir des signaux de données tels que la télémétrie pour surveiller l'état des systèmes satellitaires ou des données de commande pour contrôler les engins spatiaux. Ces fonctions peuvent être gérées à l'aide de canaux de liaison montante ou descendante, la liaison montante permettant le transfert de données et la liaison descendante la transmission de données de commande, ou les deux selon le cas.

Système de contrôle d'attitude et d'orbite (AOCS). Le système de contrôle d'attitude et d'orbite (AOCS) d'un satellite est un autre sous-système critique, utilisé pour gérer les forces qui affectent sa position et son orientation. Des capteurs tels que les suiveurs d'étoiles, les gyroscopes et les magnétomètres détectent son attitude actuelle, tandis que des actionneurs tels que les roues de réaction, les cardans et les torqueurs magnétiques peuvent être utilisés pour l'ajuster.

Les excellentes propriétés thermomécaniques du carbure de silicium fritté, associées aux techniques d'assemblage approfondies employées par EADS-Astrium et le fabricant de céramique Boostec, ont permis de produire des structures et des miroirs spatiaux optomécaniques légers et à grande échelle qui offrent des charges utiles optiques de haute précision pour les missions d'observation de la Terre et de l'espace.