Plaques de carbure de silicium

Les plaques en carbure de silicium (SiC) sont devenues un matériau industriel incontournable grâce à leur résistance mécanique exceptionnelle, leur résistance à l'abrasion, leur légèreté et leur résistance chimique. Elles sont souvent utilisées dans des applications exigeant à la fois une résistance mécanique élevée, une légèreté et une résistance chimique – autant de gages de fiabilité indispensables à toute entreprise moderne.

Protection balistique : les plaques en carbure de silicium (SiC) offrent une protection balistique contre diverses menaces, telles que les balles, les projectiles perforants et les fragments à grande vitesse. Intégrées dans les gilets pare-balles destinés au personnel militaire et aux forces de l'ordre, elles assurent une protection encore plus efficace contre ces risques.

Dureté

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau extrêmement résistant et dur, capable de supporter des températures et des pressions élevées ainsi que l'usure et la corrosion, ce qui en fait un excellent choix pour les applications industrielles. Les plaques en SiC peuvent être fabriquées selon divers procédés – la recristallisation, le frittage ou le collage par réaction, pour n'en citer que quelques-uns – ce qui permet de les personnaliser afin de répondre aux exigences spécifiques de chaque application.

La dureté des matériaux peut être déterminée en mesurant la force nécessaire pour les déformer. Cette mesure s'effectue généralement à l'aide d'un essai de dureté consistant à enfoncer un pénétrateur pointu ou arrondi dans la surface du matériau sous une charge pratiquement statique, puis à examiner le résultat afin de déterminer sa valeur de dureté selon des échelles telles que celles de Rockwell ou de Brinell.

Les métaux subissent généralement une déformation plastique lorsqu'ils sont soumis à des contraintes mécaniques, ce qui n'est pas le cas des céramiques, ce qui rend le processus d'essai plus complexe. Un essai de dureté peut néanmoins être utilisé comme méthode d'évaluation pour déterminer la résistance aux dommages et évaluer la résistance mécanique des matériaux céramiques.

Le type de pénétrateur et la charge d'essai peuvent avoir une incidence considérable sur les résultats, tout comme la qualité de la préparation de la surface et les défauts ou dommages superficiels qui affectent les résultats des essais de dureté. Il est donc essentiel de bien comprendre ces interactions avant de choisir un pénétrateur.

Léger

Les plaques en carbure de silicium offrent un équilibre idéal entre résistance et poids, ce qui les rend particulièrement adaptées aux applications de protection balistique. Comparé à l'acier ou au bore, le carbure de silicium est trois fois plus léger sans pour autant compromettre ses performances lors des essais balistiques – un critère important, car les plaques de blindage doivent résister à six tirs consécutifs conformément aux normes NIJ.

Le carbure de silicium est un matériau à la fois résistant et léger, qui présente une excellente résistance à la température et un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui le rend adapté à des applications telles que les accessoires de four et les outils de coupe nécessitant une résistance à la corrosion et une dureté élevée. De plus, sa large bande interdite le rend adapté aux capteurs de gaz à haute température et aux détecteurs de rayonnement.

Les plaques SIC offrent à la fois des propriétés de protection balistique et thermique qui en font un choix judicieux pour les véhicules militaires, les avions et les hélicoptères, ainsi que pour les boucliers de protection et les barricades utilisés par les forces de l'ordre et les équipes de sécurité. Leur durabilité leur permet de résister à la pénétration de projectiles tirés par des armes légères tout en protégeant les personnes et les équipements contre les attaques terroristes, les prises d’otages et autres événements à haut risque ; ces boucliers peuvent même arrêter les balles tirées par des véhicules perforants ! De plus, leur faible poids contribue à réduire considérablement la consommation de carburant et les coûts d’entretien !

Résistance chimique

Les plaques en carbure de silicium offrent une résistance exceptionnelle à la corrosion, ce qui les rend idéales pour une utilisation avec des produits chimiques agressifs ou à des températures élevées, sans risque de fissuration ni de dégradation – un avantage non négligeable dans les processus industriels exigeants tels que la transformation chimique ou le traitement du pétrole et du gaz.

Les plaques réfractaires en SiC sont disponibles dans une large gamme de dimensions, d'épaisseurs et de formes afin de répondre aux exigences de votre application. De plus, elles sont faciles à assembler à l'aide d'outils d'usinage standard et conviennent aussi bien aux liquides à faible viscosité qu'à ceux présentant une viscosité plus élevée.

Les plaques en sic se caractérisent par une excellente conductivité thermique et leur faible coefficient de dilatation les rend adaptées aux applications à haute température, ce qui en fait un excellent choix parmi les plaques réfractaires utilisées dans un large éventail d'applications industrielles telles que les fours à céramique, les fours à céramique de tous les jours et les fours à meules. De plus, les plaques réfractaires en SiC se sont également révélées utiles comme revêtements dans les fours à charbon et à fioul, ainsi que comme plaques de séparation des fumées dans les cuves utilisées par les industries métallurgiques.

Bien que les plaques en SiC soient résistantes à la corrosion, leur durée de vie reste limitée dans certaines conditions. Par exemple, elles peuvent être gravement endommagées lorsqu’elles sont exposées à des sels fondus tels que le NaCl, le KCl, le Na₂SO₄ et le NaVO₄. Pour remédier à ce problème, des revêtements protecteurs peuvent s’avérer utiles. Une couche de Cr peut empêcher la dissolution d’une plaque en SiC dans du Na₂SO₄ liquide, tout en améliorant l’adhérence au substrat et la résistance des joints de grains.

Conductivité thermique

Les plaques en carbure de silicium constituent un matériau extrêmement polyvalent pouvant être utilisé dans diverses applications. Leurs propriétés leur confèrent une résistance à l'abrasion et à la corrosion acide, tout en restant légères et dotées d'une conductivité thermique élevée – des caractéristiques idéales pour les buses de grenaillage ou toute autre application abrasive telle que le grenaillage. Stanford Advanced Materials (SAM) propose une gamme de plaques en SiC spécialement conçues pour ces utilisations, notamment les buses de projection et les composants de cyclones.

Les monocristaux de SiC présentent une conductivité thermique à température ambiante de 490 W/m K⁻¹ ; cependant, s'agissant d'un matériau polycristallin, sa conductivité thermique diminue en raison de défauts tels que des vides ou des phases aux joints de grains dans son réseau cristallin, qui entraînent des phénomènes de diffusion des phonons. Pour optimiser la conductivité thermique des produits en SiC, il est essentiel de limiter au strict minimum la quantité d’additifs oxydés utilisés lors du frittage.

Par ailleurs, la taille des particules de SiC a une incidence sur ses propriétés thermiques. Une étude récente l’a démontré en montrant que les préformes à distribution bimodale présentaient une conductivité thermique inférieure à celle des préformes à distribution monomodale, ce qui suggère que la formation de la phase b-SiC lors du frittage pourrait nuire aux propriétés thermiques du SiC.

L'irradiation neutronique d'une gaine à base de SiC modifie sa microstructure, ce qui entraîne des changements de conductivité thermique. Une augmentation de la conductivité thermique peut réduire les gradients de température sur l'épaisseur du combustible, ce qui accélère l'interaction entre la pastille et la gaine et réduit les contraintes internes au sein des gaines.