Les céramiques en carbure de silicium présentent d'excellentes propriétés : résistance mécanique à haute température, résistance à l'oxydation à haute température, bonne résistance à l'usure, bonne stabilité thermique, faible coefficient de dilatation thermique, conductivité thermique élevée, dureté élevée, résistance aux chocs thermiques, résistance à la corrosion chimique, etc. Elles sont largement utilisées dans l'automobile, la mécanisation, la protection de l'environnement, l'aérospatiale, l'électronique, l'énergie et d'autres domaines, et sont devenues une céramique structurale incontournable aux performances exceptionnelles dans de nombreux secteurs industriels. Je vais vous en parler !
Frittage sans pression
Le frittage sans pression est considéré comme la méthode la plus prometteuse pour le frittage du SiC. Selon les différents mécanismes de frittage, on distingue le frittage en phase solide et le frittage en phase liquide. Des quantités appropriées de bore (B) et de carbone (C) (teneur en oxygène inférieure à 2 %) ont été ajoutées simultanément à de la poudre de SiC ultrafine β-SiC, puis frittées à 2020 °C pour obtenir un corps en SiC d'une densité supérieure à 98 %. A. Mulla et al. ont utilisé Al₂O₃ et Y₂O₃ comme additifs et fritté à 1850-1950 °C pour obtenir une granulométrie de β-SiC de 0,5 μm (la surface des particules contenant une faible quantité de SiO₂). La densité relative des céramiques de SiC obtenues est supérieure à 95 % de la densité théorique, et la taille des grains est petite, avec une taille moyenne de 1,5 μm.
frittage à chaud
Le SiC pur ne peut être fritté de manière compacte qu'à très haute température sans additifs de frittage. C'est pourquoi de nombreux procédés de frittage à chaud sont utilisés pour le SiC. Plusieurs études ont porté sur le frittage à chaud du SiC avec ajout d'adjuvants. Alliegro et al. ont étudié l'effet du bore, de l'aluminium, du nickel, du fer, du chrome et d'autres additifs métalliques sur la densification du SiC. Leurs résultats montrent que l'aluminium et le fer sont les additifs les plus efficaces pour favoriser le frittage à chaud du SiC. FFlange a étudié l'effet de l'ajout de différentes quantités d'Al₂O₃ sur les propriétés du SiC fritté à chaud. Il est admis que la densification du SiC fritté à chaud est liée au mécanisme de dissolution et de précipitation. Cependant, le frittage à chaud ne permet de produire que des pièces en SiC de forme simple. La quantité de produits obtenus en une seule étape est très faible, ce qui ne se prête pas à une production industrielle.
frittage par pressage isostatique à chaud
Afin de pallier les inconvénients du frittage traditionnel, des additifs de type B et C ont été utilisés et la technologie de frittage par pression isostatique à chaud a été mise en œuvre. À 1900 °C, des céramiques à cristaux fins d'une densité supérieure à 98 ont été obtenues, et leur résistance à la flexion à température ambiante atteint 600 MPa. Bien que le frittage par pression isostatique à chaud permette de produire des pièces denses aux formes complexes et aux bonnes propriétés mécaniques, la nécessité d'un confinement strict rend difficile leur production industrielle.
Frittage par réaction
Le frittage réactif du carbure de silicium, également appelé frittage auto-lié, désigne un procédé dans lequel une billette poreuse réagit avec une phase gazeuse ou liquide pour améliorer sa qualité, réduire sa porosité et obtenir des produits finis frittés présentant une résistance et une précision dimensionnelle données. On mélange de la poudre d'α-SiC et du graphite dans des proportions précises, puis on chauffe le tout à environ 1650 °C pour former une billette carrée. Simultanément, le silicium gazeux pénètre dans la billette et réagit avec le graphite pour former du β-SiC, qui se combine aux particules d'α-SiC existantes. Lorsque le silicium est complètement infiltré, on obtient un corps fritté réactif présentant une densité optimale et des dimensions stables. Comparé à d'autres procédés de frittage, le frittage réactif induit de faibles variations dimensionnelles lors de la densification, permettant ainsi d'obtenir des produits aux dimensions précises. Cependant, la présence d'une quantité importante de SiC dans le corps fritté dégrade les propriétés à haute température des céramiques de SiC frittées par réaction.
Date de publication : 8 juin 2022