Qu'est-ce que le carbure de silicium ?

Le carbure de silicium est un matériau semi-conducteur à large bande interdite. Il existe à l'état naturel sous forme de gemmes de moissanite et de produits industriels tels que le corindon.

Le nickel chimique avec carbure de silicium offre d'excellentes propriétés de frottement et de résistance à la corrosion dans des environnements chimiques difficiles, ainsi qu'une bonne rétention d'huile grâce à sa nature oléophile.

Dureté

Le carbure de silicium (SiC) est un composé covalent de carbone et de silicium dont la dureté n'est surpassée que par celle du diamant. En tant que matériau réfractaire et abrasif, le carbure de silicium offre une grande résistance à la chaleur ainsi que de bonnes propriétés de conductivité qui le rendent très résistant à la chaleur et durable malgré les fluctuations extrêmes de température - ce qui en fait le matériau de revêtement idéal pour résister à une usure continue ou à une exposition à des produits chimiques agressifs.

Associé au nickel, le SiC est un excellent matériau pour protéger les composants automobiles contre l'usure et la corrosion, tels que les arbres à cames et les pistons. Il peut également offrir une résistance supérieure à l'usure et une protection contre la corrosion pour les pompes à huile et d'autres pièces de moteur qui nécessitent des traitements de surface résistants, non poreux et d'une dureté élevée. Argos propose Chenisil et Elnicarb, deux revêtements composites nickel-SiC qui offrent une dureté de surface uniforme avec un faible coefficient de frottement pour les arbres à cames et les pistons, respectivement.

Ces composites sont produits par la combinaison de nickel chimique à teneur moyenne en phosphore (5-9%) et de particules de SiC de 20-30% dans le cadre d'un processus de galvanoplastie. Des particules microscopiques de SiC sont uniformément dispersées dans la matrice de nickel au cours du processus de galvanoplastie, créant ainsi un revêtement complet doté de propriétés anti-usure supérieures. Les résultats indiquent que les revêtements Ni-SiC 70-30 et 50-50 ont augmenté la dureté moyenne de la surface de 61% et 121% par rapport au substrat ; les deux valeurs étaient plus élevées que les dépôts de nickel pur !

Résistance à la corrosion

Le carbure de silicium présente une résistance exceptionnelle à la corrosion en milieu aqueux, ce qui en fait un excellent choix pour les composants mécaniques exposés à une friction ou une abrasion constante, à la corrosion chimique ou à des températures élevées. En outre, les températures élevées n'ont pas d'effet dissuasif sur cette substance.

Le nickel chimique et le carbure de silicium sont des matériaux idéaux pour de nombreuses applications, qu'il s'agisse d'oléoducs et de gazoducs, de composants automobiles, de machines aérospatiales, d'équipements industriels ou de géométries complexes nécessitant des procédés de placage complexes tels que le placage au nickel. Des particules microscopiques de carbure de silicium super-dur se déposent conjointement à l'alliage pendant le placage pour former une surface extrêmement résistante à la corrosion et à l'usure qui offre une protection contre la corrosion inégalée et une grande résistance à l'usure.

Le carbure de nickel et de silicium présente une résistance à la corrosion supérieure à celle de la plupart des matériaux disponibles dans le commerce, même ceux qui ont une teneur en carbone plus élevée. Cela est dû à la présence de silicium dans l'alliage, qui favorise la diffusion des éléments et augmente le nombre d'atomes de métal formant des carbures aux joints de grains, ce qui renforce la protection contre la corrosion.

La figure 7a illustre une comparaison du potentiel de corrosion et de la densité de courant pour le nickel pur, les revêtements Ni/SDS-SiC et Ni/binary-SiC ; les résultats sont présentés dans le tableau 2. Les diagrammes de Tafel montrent que le Ni/binary-SiC présente des caractéristiques supérieures en raison de sa structure cristalline plus petite et de sa morphologie uniforme.

Résistance à l'usure

Le carbure de silicium est un matériau extrêmement dur et résistant à la corrosion, ce qui en fait le matériau idéal pour être utilisé comme revêtement protecteur sur les surfaces métalliques. Il offre ainsi une protection fiable contre l'usure causée par les mouvements de glissement, tout en restant résistant à des températures plus élevées que la plupart des métaux, ce qui est particulièrement important dans les moteurs à piston de l'aviation, où l'huile s'évapore pendant le stockage ou après le vol et laisse un film qui provoque la corrosion.

Le carbure de nickel et de silicium (NiCom, Nikasil ou Nikaplate) est un revêtement composite électrodéposé composé de particules microscopiques de SiC de taille uniforme en suspension dans une matrice de nickel chimique (90%-93% nickel/7-10% phosphore). Ces particules dures offrent une résistance supérieure à l'usure par glissement sous de lourdes charges tout en assurant une protection contre la corrosion qui est plus facile à lubrifier que les pièces chromées ou plaquées au chrome.

Des substrats d'aluminium 2218 revêtus d'un alliage Ni-GO/SiC et Ni-GO/SiC/Ni-Mn ont été soumis à un test de frottement à sec pour déterminer leur comportement tribologique, les revêtements composites Ni/SiC présentant une résistance à l'usure supérieure à celle des solutions de placage nickel-Mn. Les marques d'usure ont d'abord diminué, puis augmenté avec la concentration de poudre de SiC. La concentration optimale pour une performance tribologique optimale a été déterminée comme étant de 40g/L.

Absorption de l'huile

Le carbure de silicium est connu pour être très oléophile, c'est-à-dire qu'il attire l'huile. En raison de cette propriété, le carbure de silicium est depuis longtemps utilisé comme matériau absorbant les hydrocarbures - en particulier les tapis, les chaussettes et les barrages flottants utilisés pour absorber rapidement les déversements d'hydrocarbures ou les hydrocarbures liquides. En outre, ce matériau présente une porosité élevée qui renforce ses capacités d'absorption des hydrocarbures.

La dureté et la taille uniforme des particules du revêtement de carbure de nickel et de silicium le rendent particulièrement efficace pour revêtir les cylindres des moteurs à combustion interne, ce qui permet d'affûter les segments de piston sans endommager les parois des cylindres du moteur, ce qui réduit considérablement les risques de corrosion dans les moteurs tout en maintenant les cylindres plus froids, ce qui se traduit par une amélioration des performances et donc une plus grande longévité.

Outre leur utilisation dans les moteurs, les matériaux céramiques ont de nombreuses autres applications. La céramique est particulièrement bien adaptée à la fabrication de semi-conducteurs, où elle a été utilisée pour fabriquer des transistors et des diodes à haute température et à haute tension ; en outre, elle est souvent utilisée pour fabriquer des outils à surface dure, tels que des fraises d'usinage ou des poinçons.

Le SiC est également utilisé pour créer des miroirs de télescopes astronomiques, en raison de son faible coefficient de dilatation thermique et de ses propriétés de rigidité et de dureté. Les grands miroirs tels que ceux installés sur le télescope spatial Herschel utilisent des miroirs en SiC ; de même, il est souvent choisi pour les ailes d'avion qui doivent résister à des températures et des pressions élevées.