Propriétés et applications du carbure de silicium

Le carbure de silicium n’est pas seulement un excellent matériau réfractaire. Mais c’est également un matériau de meulage, un matériau anticorrosion et un matériau thermiquement conducteur couramment utilisé. Le principal produit chimique du carbure de silicium est le SiC, avec un autre nom de carborundum. Il possède de nombreuses excellentes propriétés.

Le carbure de silicium utilisé dans les produits industriels est synthétisé artificiellement à des températures élevées de 2200-2500°C, ce qui est quasiment inexistant dans la nature. Les principales matières premières du carbure de silicium synthétique sont le sable de quartz (silice), le coke de pétrole et les matières auxiliaires sont la sciure de bois, le sel, etc. L’élément du sable de quartz est le SiO2, qui fournit du silicium pour le carbure de silicium. L’élément du coke de pétrole est C, qui fournit du carbone au carbure de silicium. Les matériaux auxiliaires ne participent pas au processus de réaction de fusion et le rôle des copeaux de bois est d’augmenter la perméabilité de la charge du four. Le sel de table est uniquement ajouté à la fusion du carbure de silicium vert, ce qui lui donne une couleur verte. 

Divisé par couleur, le carbure de silicium comprend le carbure de silicium noir et le carbure de silicium vert . Ils varient en termes de pureté et de dureté. La pureté du carbure de silicium noir est légèrement inférieure à celle du carbure de silicium vert. Le carborundum noir a une teneur en SiC d’au moins 98 %. Le carborundum vert obtient une pureté SiC de plus de 99 %. Ce sont tous deux des cristaux de carbure de silicium en phase α.

Le carbure de silicium vert et noir ont les propriétés communes suivantes :

Le carbure de silicium vert et noir ont les propriétés communes suivantes :

1. Stabilité chimique à haute température :

Le carbure de silicium a un point de fusion très élevé et une bonne résistance aux températures élevées, ce qui permet de maintenir des propriétés physiques et chimiques stables dans des environnements à haute température. Le carbure de silicium ne s’oxyde pas à une température de 1400°C mais forme plutôt une couche mince de dioxyde de silicium à la surface du cristal. En conséquence, le film mince donne également à l’apparence du carbure de silicium un éclat arc-en-ciel coloré.

2. Bonne résistance aux hautes températures :

Le carbure de silicium a un point de fusion très élevé et peut résister à des températures élevées allant de 1 800 à 1 900 °C, avec une température en aval de 2 300 °C. Le carbure de silicium présente également une bonne résistance mécanique et une bonne résistance aux chocs à haute température, ce qui en fait un matériau réfractaire couramment utilisé. dans la production d’acier.

3. Haute dureté :

Le carbure de silicium a une dureté extrêmement élevée, inférieure à celle du diamant. Cela permet au carbure de silicium d’avoir une excellente résistance à l’usure et des performances de meulage dans des domaines tels que la friction, la coupe et le meulage. Sur l’échelle de Mohs, la dureté d’un diamant est Mohs 10,0, la dureté du carbure de silicium vert est Mohs 9,4-9,5 (dureté Vickers 33-34Gpa) et la dureté du carbure de silicium noir est Mohs 9,2-9,3 (dureté Vickers 28- 32Gpa).

4. Excellente résistance à la corrosion :

Le carbure de silicium présente une excellente résistance à la corrosion contre la plupart des acides et des alcalis. Il ne réagit pas avec les acides et les bases forts et peut être utilisé de manière stable pendant une longue période dans des températures et des environnements chimiques complexes.

5. Excellente conductivité thermique :

Le carbure de silicium a une conductivité thermique élevée, avec une conductivité thermique de 60 à 200 W/M · K à température ambiante, ce qui peut transférer efficacement la chaleur. Par conséquent, il convient aux matériaux ou revêtements thermiquement conducteurs, tels que les dissipateurs thermiques et les dissipateurs thermiques.

6. Coefficient de dilatation thermique inférieur :

Le coefficient de dilatation thermique du carbure de silicium est de 3,9-4,5 x10-6/℃, utilisé pour fabriquer des produits réfractaires et les céramiques SiC sont moins sujettes au fluage et à la déformation.

7. Excellentes performances d’isolation :

Le carbure de silicium a des performances d’isolation élevées et peut maintenir des performances d’isolation stables dans des conditions de températures et de champs électriques élevés. Par conséquent, il est souvent utilisé comme composants électroniques et matériaux d’isolation et constitue également la principale matière première pour générer des céramiques de carbure de silicium.

8. Densité apparente inférieure :

La densité spécifique du carbure de silicium est de 3,2 g/cm3, ce qui est inférieur à celui de la plupart des métaux et du corindon.

9. Fragilité et ténacité :

Bien que le carbure de silicium ait une dureté élevée, il présente une forte fragilité et une ténacité légèrement médiocre. La ténacité du carbure de silicium noir est supérieure à celle du carbure de silicium vert.

Le carbure de silicium fonctionne bien dans de nombreuses applications. Elle s’applique principalement aux aspects suivants :

1. Abrasifs et outils abrasifs :

Le carbure de silicium présente une excellente résistance à l’usure et est largement utilisé dans la préparation de produits abrasifs. Le carbure de silicium noir convient à la production de meules, de papier de verre à l’eau, de brosses abrasives en carbure de silicium, de disques de sable en papier d’acier, de meules en fibre, etc. Ces outils abrasifs sont utilisés pour meuler les métaux, les alliages, le bois et le verre ordinaire. Le carbure de silicium vert convient à la production de produits abrasifs tels que des meules en résine, des meules diamantées, des disques abrasifs à eau, des pierres à aiguiser, des meules PVA et des blocs de meulage en argile diamantée.

2. Meulage et polissage :

Le carbure de silicium, en tant qu’abrasif, peut être largement utilisé pour le sablage et la passivation du marbre, du granit, des alliages de titane et des alliages de cuivre. L’utilisation typique consiste à effectuer un traitement de passivation des bords sur des alliages durs en carbure de tungstène. La poudre de carbure de silicium est utilisée dans les rectifieuses double face pour broyer les produits en alliage et en céramique avec de l’eau afin d’obtenir une rugosité de surface idéale. De plus, le carbure de silicium, en tant que support de broyage pour les meuleuses à rouleaux, peut fonctionner avec des meules ou du sable de noix pour ébavurer et polir les pièces en acier inoxydable, en alliage et en jade.

3. Produits céramiques :

Le carbure de silicium peut être utilisé pour préparer divers produits céramiques, tels que des joints en céramique, des roulements en céramique, des tuyaux en céramique, des buses en carbure de silicium, etc. Il peut également être utilisé pour produire des céramiques en mousse, des membranes filtrantes en céramique métallurgiques en carbure de silicium, des pièges à particules diesel. , et est souvent utilisé pour produire des plaques en céramique anti-balles, des céramiques composites en carbure de silicium et en carbure de bore et d’autres céramiques industrielles.

4. Matériaux réfractaires :

Le carbure de silicium peut être utilisé pour fabriquer des briques réfractaires, des creusets en carbure de silicium, des charges de four en carbure de silicium et d’autres produits, et joue un rôle important dans la production de l’industrie sidérurgique.

5. Industrie du revêtement :

Le carbure de silicium présente une résistance élevée à l’usure et à la corrosion. Il peut fonctionner comme additif aux revêtements antiadhésifs en téflon (téflon), aux revêtements UV et au fluoropolymère. Cet additif améliore grandement la résistance à l’oxydation et la résistance à la corrosion des revêtements.

6. Appareils électroniques :

Le carbure de silicium a une bonne conductivité thermique et une stabilité à haute température. Il convient à la fabrication de dissipateurs thermiques électroniques, de matériaux d’emballage électronique, de dispositifs à semi-conducteurs de puissance, etc.
En outre, le SiC est également largement utilisé dans l’industrie chimique, l’aérospatiale, la fabrication automobile et d’autres domaines, jouant un rôle important.