Qu'est-ce que le carbure de silicium ?

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1. Introduction au carbure de silicium

1.1 Qu'est-ce que le carbure de silicium ?

La formule chimique du carbure de silicium est SiC. Il s'agit d'une substance inorganique produite par un four à résistance. Le carbure de silicium est obtenu par la fusion de trois matières premières telles que le sable de quartz, le coke de pétrole (ou le coke de charbon) et la sciure de bois. 

carbure de silicium

1.2 Historique du développement du carbure de silicium

En 1891, leLe scientifique américain Acheson a découvert par hasard un carbure en menant des expériences sur des diamants fondus électriquement en laboratoire. 

En 1893Au début des années 1990, Acheson a mis au point la méthode industrielle de fusion du carbure de silicium, communément appelée "four d'Acheson", qui a été utilisée depuis lors. Cette méthode consiste à utiliser un four à résistance avec un cœur en carbone pour chauffer électriquement un mélange de quartz (SiO2) et de carbone, ce qui permet de produire du carbure de silicium. 

En 1905, leLe carbure de silicium a été détecté pour la première fois dans des météorites. 

2. Les propriétés du carbure de silicium

2.1 Propriétés physiques du carbure de silicium

Structure cristalline

Le carbure de silicium présente diverses structures cristallines, notamment hexagonale (4H-SiC, 6H-SiC) et cubique (3C-SiC).

Dureté

Le carbure de silicium est connu pour sa dureté exceptionnelle, de 9,5 sur l'échelle de Mohs.

Point de fusion

Le carbure de silicium a un point de fusion très élevé, d'environ 2 730°C (4 946°F).

Conductivité thermique

Le carbure de silicium a une bonne conductivité thermique, ce qui en fait un conducteur de chaleur efficace.

2.2 Propriétés chimiques du carbure de silicium

Composition chimique

La formule chimique du carbure de silicium est SiC, avec deux éléments de base : le silicium (Si) et le carbone (C).

Stabilité chimique

Le carbure de silicium est chimiquement très stable, en particulier dans des environnements difficiles et à des températures élevées.

Antioxydant

Le carbure de silicium présente une excellente résistance à l'oxydation.

3. Le processus de fabrication du carbure de silicium

3.1 Comment le carbure de silicium est-il fabriqué ?

Processus Acheson :

En 1891, Edward Acheson a mis au point le procédé Acheson, qui est considéré comme la première méthode de fabrication du carbure de silicium.

Dans ce processus, un mélange de silice (sable) de haute pureté et de carbone (généralement du coke de pétrole ou de l'anthracite) est chauffé dans un four à résistance électrique à des températures élevées (environ 2 000 à 2 500 degrés Celsius).

La réaction entraîne la formation de cristaux de carbure de silicium, qui sont ensuite broyés et transformés dans les formes souhaitées.

Réduction carbothermique :

La réduction carbothermique consiste à chauffer un mélange de silice (SiO2) et de carbone dans un four électrique.

La réaction chimique peut être représentée par SiO2 + 3C → SiC + 2CO.

Ce processus est généralement réalisé à des températures supérieures à 2000 degrés Celsius.

3.2 Les types de carbure de silicium

Il existe deux types de carbure de silicium, carbure de silicium noiret carbure de silicium vertqui appartiennent tous deux à l'α- SiC.

①La teneur en SiC du silicium noir dépasse environ 95%, et sa dureté est meilleure que celle du carbure de silicium vert. 

Il est principalement utilisé pour le traitement de matériaux à faible résistance à la traction, tels que le verre, la céramique, la pierre, les matériaux réfractaires, la fonte et les métaux non ferreux.

② Le carbure de silicium vert contient plus de 97% SiC et possède de bonnes propriétés d'auto-affûtage. Il est principalement utilisé pour le traitement des alliages durs, des alliages de titane et du verre optique, ainsi que pour le rodage des manchons de cylindre et l'affûtage de précision des outils de coupe en acier à grande vitesse.

3.3 Avantages du carbure de silicium

Haute dureté * Stabilité à haute température * Résistance à l'usure * Inertie chimique

Conductivité thermique élevée * Conductivité électrique * Propriétés abrasives * Efficacité de coupe élevée

4. L'application du carbure de silicium

L'application de l'abrasif :

Le carbure de silicium est un carbure synthétisé artificiellement dont la formule moléculaire est SiC. Il n'est surpassé que par le diamant en termes de dureté Mohs.

En raison de sa grande dureté, le carbure de silicium présente une résistance élevée à l'usure et est largement utilisé comme matériau abrasif dans les meules et autres produits abrasifs.

L'application des matériaux réfractaires :

Le SiC est largement utilisé comme matériau réfractaire à haute performance ou comme additif pour améliorer les performances des matériaux réfractaires, en particulier la résistance au laitier et la stabilité aux chocs thermiques, en raison de ses avantages tels qu'un faible coefficient de dilatation thermique, une conductivité thermique élevée, une résistance à haute température, une bonne résistance au laitier et la capacité de former une oxydation protectrice.

L'application de la céramique fonctionnelle :

Les matériaux céramiques en carbure de silicium possèdent de nombreuses propriétés excellentes telles que la résistance aux hautes températures, une bonne résistance à l'usure, un faible coefficient de dilatation thermique, une grande dureté, la résistance aux chocs thermiques, la résistance à la corrosion chimique, etc. Ils sont donc largement utilisés dans les secteurs de l'automobile, des machines, de l'industrie chimique, de la protection de l'environnement, de la technologie spatiale, de l'électronique de l'information, de l'énergie et dans d'autres domaines.

L'application de la métallurgie :

Dans l'industrie métallurgique, le carbure de silicium noir est utilisé dans la production de fer et d'acier. Il peut être ajouté au métal en fusion pour renforcer ses propriétés et améliorer la qualité du produit final.

Le carbure de silicium n'est surpassé que par le diamant en termes de dureté Mohs. Il présente une grande résistance à l'usure et constitue un matériau idéal pour les pipelines, les roues, les chambres de pompes, les cyclones et les revêtements de trémies minières résistants à l'usure. Sa résistance à l'usure est plus de cinq fois supérieure à celle de la fonte et du caoutchouc, et c'est également l'un des meilleurs matériaux pour les pistes d'atterrissage de l'aviation.

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