Noir SIC et carbure de silicium

Le revêtement au carbone SIC est un procédé non aqueux qui repose sur la coagulation induite par le substrat et permet de recouvrir diverses surfaces. Cette alternative au carborundum pourrait présenter moins de risques respiratoires pour les travailleurs qui l'utilisent.

Le carbure de silicium noir est obtenu à partir de sable de quartz, de coke de pétrole et de silice de haute pureté, qui sont chauffés à haute température dans un four à résistance afin de former un matériau ultra-dur dont la résistance mécanique se situe entre celle du diamant et celle du corindon.

Grande dureté

Le carbure de silicium (SiC) est un grain abrasif réputé pour sa dureté et son tranchant exceptionnels, ce qui le rend adapté à de nombreuses applications différentes. De plus, la durabilité et la résistance mécanique élevée du SiC en font un choix très prisé pour le meulage de matériaux tels que la fonte et les métaux non ferreux, grâce à sa dureté supérieure. Le SiC constitue ainsi une excellente option pour les outils et les machines hautes performances.

Le SiC noir est composé de sable de quartz et de coke de pétrole, qui constituent ses principales matières premières, puis fondu dans un four à résistance électrique. Sa dureté selon l'échelle de Mohs est de 9,2. Il présente également d'autres caractéristiques notables, notamment une bonne stabilité à basse température, une bonne résistance chimique, une bonne résistance aux intempéries, une bonne résistance à la corrosion, un faible coefficient de dilatation ainsi que de bonnes propriétés de conductivité thermique.

Le carbure de silicium, grâce à sa dureté élevée, trouve des applications dans divers secteurs industriels, allant des outils de coupe en céramique SiC:N et des composants aérospatiaux aux matériaux d'encapsulation des semi-conducteurs et aux prothèses articulaires. Son utilisation s'est également étendue à un large éventail d'autres secteurs.

Le carbure de silicium noir peut également être utilisé comme abrasif pour le meulage de la fonte et d’autres métaux ; sa dureté sur l’échelle de Mohs se situe entre celle de l’alumine fondue brune et celle du diamant, et sa résistance mécanique dépasse celle du corindon. À la fois cassant et tranchant, le carbure de silicium noir constitue un matériau de meulage efficace pour travailler des matériaux résistants tels que la fonte. Ce matériau est généralement conditionné dans des sacs en plastique tissé de 25 kg ou dans un grand lot de 40 sacs en papier de 25 kg chacun, en vue de son expédition aux utilisateurs.

Haute résistance à l'usure

La micropoudre de carbure de silicium noir présente une résistance à l'usure et des propriétés semi-conductrices exceptionnelles, ce qui en fait un excellent matériau pour les abrasifs et les outils de meulage. De plus, cette matière première peut également servir à la fabrication de pièces en céramique offrant une conductivité thermique supérieure et une grande stabilité à des températures élevées, ce qui les rend idéales pour les environnements à haute température.

Le comportement à l'usure du SiC dépend de divers facteurs, notamment la température, la charge et la vitesse de glissement. Sharma et al. ont découvert que les céramiques monolithiques en SiC présentaient une déformation plastique et des microfractures sous de faibles charges, tandis que les microfissures et l'arrachement des grains prédominaient sous des charges plus élevées. De plus, les propriétés de frottement varient en fonction de la taille des grains ; en général, les grains plus petits entraînent des propriétés de frottement plus faibles, tandis que les grains plus gros entraînent des propriétés de frottement plus élevées.

Les céramiques en SiC peuvent présenter un coefficient de frottement et une usure élevés sous de faibles charges en raison de microfractures et de la propagation de fissures ; toutefois, ces effets peuvent être totalement évités en ajoutant une seconde phase au mélange de frittage, ce qui permet de former une couche d’oxyde entre la céramique en SiC et la surface abrasive, réduisant ainsi les contraintes de cisaillement.

Les procédés de moulage Nitrokast™ SIC et NITROKAST™-SIC de Silcarb permettent de produire des formes complexes telles que des buses de désulfuration des gaz de combustion (FGD), des tuyaux et des coudes, des pièces d’hydrocyclones, des pièces de pompes, des roues à aubes et des barres de grille en céramique, qui sont ensuite recouvertes de polyuréthane pour renforcer leur résistance, limiter les fissures et les protéger contre l’usure.

Conductivité thermique élevée

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau extrêmement dur et chimiquement inerte, doté d’une résistance exceptionnelle aux températures élevées, aux pressions, à la corrosion et à l’oxydation – des caractéristiques idéales pour les environnements difficiles où des réactions chimiques pourraient endommager d’autres matériaux. Non métallique, avec une densité moyenne de 3,21 g/cm³, il est plus dense que la céramique mais moins dense que les métaux.

Le carbure de silicium présente une excellente conductivité thermique de 120 W/mK, ce qui en fait un matériau de choix pour les applications nécessitant une dissipation efficace de la chaleur. De plus, son faible coefficient de dilatation thermique (4,0 × 10⁻⁶/°C) contribue à prévenir les variations dimensionnelles lors des fluctuations de température, lesquelles pourraient entraîner des fractures ; cette propriété, appelée résistance aux chocs thermiques, joue un rôle essentiel dans le maintien de la durabilité des composants en carbure de silicium.

Le carbure de silicium se distingue par ses propriétés physiques exceptionnelles et présente une bande interdite large qui le rend adapté aux composants de puissance haute tension, ce qui permet de réduire les coûts et de gagner de la place dans les circuits en diminuant le nombre de composants nécessaires pour atteindre les tensions souhaitées. De plus, sa stabilité dans des environnements extrêmes fait du carbure de silicium un excellent candidat pour les applications de capteurs.

La grande résistance à la fatigue du SiC prolonge la durée de vie des outils et des composants fabriqués à partir de ce matériau, tandis que son rapport force/poids et sa dureté empêchent toute déformation sous contrainte. De plus, le SiC conserve sa résistance élastique même à des températures élevées.

Haute isolation électrique

Les systèmes à haute tension, notamment les condensateurs, les transformateurs et autres équipements électriques, nécessitent une isolation adéquate afin d'éviter les arcs électriques ou les claquages. L'isolation sert également à protéger les appareils électroniques sensibles contre les incendies et à réduire le risque d'électrocution pour les utilisateurs lors de l'installation ou de la maintenance. L'utilisation de composants et de matériaux isolants contribue ainsi à répondre aux besoins énergétiques croissants à l'échelle mondiale.

Les matériaux isolants se déclinent en toutes formes et tailles, leur choix dépendant du système et de l'utilisation prévue. De nombreux matériaux naturels, tels que le verre, le papier et le PTFE, constituent d'excellents choix, alliant résistance mécanique et électrique à une utilisation sûre – ce qui en fait des solutions idéales pour une grande variété d'applications.

Les matériaux isolants présentent des propriétés et des caractéristiques variées, allant de la résistivité volumique à la résistance à la dégradation chimique et aux dommages causés par les facteurs environnementaux. Tous les isolants peuvent présenter un certain degré de conductivité électrique lorsqu'ils sont exposés à une tension suffisamment élevée – cette tension étant appelée « tension de claquage ». Les isolants doivent également résister à la dégradation chimique tout en offrant une bonne durabilité face aux contraintes environnementales.

Les isolateurs utilisés pour les lignes de transport d'électricité à haute tension et les lignes électriques sont de types variés. Certains sont en porcelaine ou en verre trempé, tandis que d'autres sont fabriqués à partir de polychlorure de vinyle ou de types améliorés d'isolateurs en pâte kraft non blanchie. Certaines structures rigides supportent plusieurs conducteurs à la fois, tandis que les versions souples s'adaptent mieux à leurs contours.