Carrelage en carbure de silicium Innovation dans les matériaux de protection

Le carbure de silicium est un matériau ultra-durable, idéal pour la protection balistique, la résistance à l'abrasion et la stabilité chimique grâce à son processus de nitruration qui offre une excellente résistance aux chocs thermiques.

Le SiC fritté sans pression offre des caractéristiques plus avantageuses que le SiC lié par réaction : il est plus dur, plus résistant à l'abrasion, présente une meilleure résistance à la corrosion et un module d'Young plus élevé.

Dureté

Le carbure de silicium possède un certain nombre de propriétés physiques et chimiques exceptionnelles qui en font un élément indispensable de la technologie moderne et des applications industrielles. Ces propriétés comprennent l'endurance à haute température, la résistance à la corrosion chimique et la stabilité structurelle, qui garantissent toutes sa fonctionnalité, même dans les environnements les plus difficiles.

La dureté du carbure de silicium fritté en fait un matériau efficace pour protéger les travailleurs dans les environnements de travail dangereux. Grâce à la combinaison de sa résistance à la compression, de son module d'élasticité et de sa structure tétraédrique, le carbure de silicium fritté atteint l'un des indices de dureté de Mohs les plus élevés au monde, surpassant à la fois le diamant et le carbure de bore ! En outre, son inertie chimique lui permet de résister aux attaques de produits chimiques agressifs ou d'agents qui pourraient endommager des matériaux moins robustes.

Conductivité thermique

L'excellente conductivité thermique du carbure de silicium, sa résistance aux attaques chimiques et sa rétention de la force à haute température en font un choix populaire pour les supports de plateaux de gaufrettes et les palettes dans les fours à semi-conducteurs. En outre, ce matériau excelle dans les applications exigeantes telles que la manipulation d'acides HF ou le traitement des terres rares.

La résistance exceptionnelle du carbure de silicium à l'usure et à l'érosion lui permet d'exceller dans des environnements difficiles tels que les moulins, les usines chimiques, les mines et les fours. C'est pourquoi le carbure de silicium a de nombreuses applications dans différents domaines - des composants de plaques résistants à l'usure (dalles de poussée et rails de dérapage) ainsi que des meubles légers tels que des poteaux, des anneaux de cuisson, des dalles de pont et des plaques de réglage ne sont que quelques-unes des utilisations de ce matériau polyvalent.

En utilisant l'ajustement par rétraction pour obtenir une précontrainte de confinement latéral, les résultats de l'expérimentation, comparés aux modèles de simulation à mailles fines, sont encourageants. Les tendances notables sont l'augmentation du diamètre et de la hauteur du trou avec l'augmentation de la précontrainte en raison de l'augmentation de la durée de séjour radial de l'impacteur et donc de l'augmentation de la quantité de matériau entre la plaque de surface mince et la collerette en SiC.

Résistance à la corrosion

Le carbure de silicium est un matériau céramique extrêmement léger, dur et chimiquement résistant. En raison de cette propriété, il est devenu le matériau de choix pour la fabrication d'équipements industriels tels que les pompes, les vannes, les turbines et les buses dans des environnements difficiles, car il offre une résistance exceptionnelle à la corrosion, aux chocs thermiques et un faible coefficient de dilatation thermique.

Moynihan [30] a démontré que la performance balistique d'une fine céramique SiC est considérablement améliorée lorsqu'elle est contrainte contre une plaque arrière à l'aide d'un collier en acier à haute résistance, en raison de la précontrainte de confinement dans le carreau de céramique qui réduit la propagation de la fissure du cône dans son collier et augmente ainsi la résistance à la pénétration.

En utilisant la tomodensitométrie haute fidélité de deux échantillons de carreaux de céramique - C2 (précontraint) et C4 (non confiné), nous avons examiné les effets de la précontrainte de confinement sur la morphologie de leurs fractures. Cela a permis une comparaison directe de la formation des cônes hertziens entre eux.

Résistance à l'usure

Le carbure de silicium résiste parfaitement à l'abrasion et à l'usure par frottement ainsi qu'à la corrosion chimique, ce qui lui confère une longue durée de vie dans des environnements exigeants tels que les broyeurs, les expandeurs et les extrudeuses. En outre, le carbure de silicium fritté sans pression à l'état solide présente une dureté, une résistance chimique et une stabilité thermique excellentes, ainsi qu'un module d'Young exceptionnel pour une excellente stabilité dimensionnelle.

Les carreaux céramiques réfractaires utilisés dans les usines de valorisation énergétique des déchets contiennent généralement environ 90 % en poids de SiC lié à une matrice d'alumino-silicate, comme le montre le tableau 1. Leur composition et leurs principales propriétés peuvent être consultées ici.

Les cartes de rayons X et les mesures EDS montrent que les éléments alcalins attaquent la microstructure près de la face chaude des tuiles, comme l'indiquent les pics de cristobalite. L'analyse de la distribution de la taille des pores et de la porosité ouverte obtenue par porosimétrie au mercure par intrusion sur des échantillons prélevés dans des zones froides à l'intérieur des zones de combustion montre que cette attaque a produit des structures poreuses comme illustré dans la figure 3, comme preuve de la pénétration par le laitier fondu entraînant la dissolution et la dispersion des matériaux réfractaires.