Introduction

Céramiques en carbure de silicium Les céramiques au carbure de silicium ont récemment fait d'énormes progrès dans l'industrie automobile grâce à leur dureté impressionnante et à leurs propriétés exceptionnelles. Les avancées technologiques et les énergies renouvelables ont permis l'utilisation de ces céramiques avancées dans les industries automobiles du monde entier. Cet article présente les avantages, les propriétés uniques et les applications des céramiques au carbure de silicium dans l'industrie automobile et dans plusieurs autres secteurs. Nous aborderons également le rôle des semi-conducteurs SiC dans les véhicules électriques (VE). Enfin, nous examinerons les tendances actuelles du marché des céramiques au carbure de silicium.

Caractéristiques des céramiques en carbure de silicium

Les céramiques en carbure de silicium sont des matériaux céramiques avancés fabriqués à partir de silicium et de carbure. On les trouve artificiellement sous forme de carborundum ou naturellement sous forme de moissanite. Lorsqu'on parle de céramiques en carbure de silicium, on pense immédiatement à leur dureté exceptionnelle et à leur capacité à résister à des conditions difficiles comme la chaleur extrême, l'oxydation (rouille) et les températures extrêmes. Il est intéressant de noter que les matériaux SiC, comme les plaquettes de SiC et les dissipateurs thermiques en céramique SiC, présentent une large bande interdite qui leur permet d'excellentes conductions de la chaleur et de l'électricité par rapport à d'autres matériaux.

Il n’est pas étonnant que le industrie automobile L'adoption de la céramique SiC est rapide dans la production de voitures, de véhicules électriques, de moteurs, de pièces détachées automobiles et de nombreux autres équipements connexes. La raison est simple : les matériaux céramiques en carbure de silicium offrent généralement des performances bien supérieures et une efficacité supérieure dans un large éventail d'applications que les matériaux céramiques avancés classiques.

Certaines propriétés du carbure de silicium qui le rendent utile à de nombreuses industries aujourd'hui sont :

• Excellents conducteurs d’électricité et de chaleur extrême.

• Faible densité

• Point de fusion élevé de 2 730 °C

• Résistance à la compression et dureté élevées, deuxièmes seulement après le diamant.

• Faible dilatation thermique.

• Il possède également des surfaces résistantes aux rayures.

• Ils ont une large bande interdite qui en fait un semi-conducteur adapté aux appareils électroniques de haute puissance et aux véhicules électriques.

• Module de Young supérieur à 400 GPa.

• Haut niveau de résistance à la corrosion et aux substances chimiques comme les acides.

• Capacité à résister à des températures élevées atteignant 1 300 °C.

Avantages de la céramique en carbure de silicium pour diverses industries

Les céramiques en carbure de silicium présentent de nombreux avantages utiles pour plusieurs industries, comme l'industrie automobile, les industries chimiques, les sociétés d'ingénierie, les industries métallurgiques, les industries du plastique, etc.

Voici maintenant quelques-uns des avantages que vous pouvez obtenir grâce à l’application de la céramique au carbure de silicium :

• Il vous offre un moyen rapide et efficace de dissiper la chaleur de vos automobiles et machines industrielles lourdes. Autrement dit, vos voitures ne surchaufferont pas si elles sont fabriquées avec un matériau céramique en carbure de silicium.

• Vos automobiles et même vos machines industrielles lourdes, moteurs et pièces de rechange profitent de la dureté à la compression et de la nature robuste du SiC, ce qui leur permet de durer plus longtemps.

• Les matériaux SiC conduisent extrêmement bien l’électricité ; ils sont donc très adaptés aux véhicules électriques.

• Le faible coefficient de frottement de la céramique automobile la protège des contraintes mécaniques, de l'usure et des déchirures.

• Avec un faible coefficient de dilatation thermique, vos voitures et équipements peuvent réagir avec brio aux chocs thermiques.

• Vous pouvez utiliser ces matériaux SiC dans des conditions et des environnements défavorables avec des températures élevées ou instables sans subir de dommages thermiques en raison de leur stabilité thermique et de leur conductivité élevées.

• Vous pouvez utiliser ces céramiques en carbure de silicium pour produire des vernis à ongles résistants et des matières plastiques dans l'industrie de la céramique.

• Vous pouvez économiser du temps et de l'argent en utilisant des plaquettes de carbure de silicium et des dissipateurs thermiques pour produire des appareils électroniques de haute puissance, des véhicules électriques et des automobiles.

• Les plaquettes et puces en carbure de silicium peuvent augmenter le taux de conversion d’énergie de votre automobile.

• Vos automobiles et véhicules électriques géreront l’énergie plus efficacement grâce à l’utilisation de matériau SiC pour les chargeurs embarqués et les convertisseurs DC/DC.

• Vos téléphones portables, véhicules électriques et ordinateurs modernes sont plus rapides et plus productifs grâce aux puces en carbure de silicium qui maintiennent le système sous contrôle.

• Réduction des pannes de freins grâce à la dissipation rapide de la chaleur des céramiques automobiles.

• Vous dépensez moins en consommation de carburant lorsque vous utilisez des matériaux SiC en raison d'une perte de chaleur et d'une stabilité thermique plus réduites.

• Les plaquettes de carbure de silicium aident les fabricants à réduire la taille et à produire des machines ou des composants d'appareils légers.

Applications de la céramique dans l'industrie automobile

L'utilisation de la céramique au carbure de silicium dans l'industrie automobile a connu une croissance spectaculaire ces dernières années. Les entreprises d'ingénierie qui cherchent à produire des automobiles robustes et fiables dépendent principalement de la résistance et de la dureté de ces matériaux. Les têtes de piston, les échappements, les portières, les moteurs, les pièces détachées, les puces semi-conductrices, les chemises de cylindres et de fours, ainsi que les collecteurs d'admission sont quelques-uns des équipements qui utilisent la céramique au carbure de silicium. Parmi les applications possibles, on peut citer :

Moteurs et revêtements de moteurs

Les moteurs fonctionnent de manière optimale lorsqu'ils conduisent correctement la chaleur sans affecter l'ensemble du système. C'est une propriété unique des matériaux céramiques avancés comme le carbure de silicium. Ils offrent une excellente conductivité thermique et une excellente stabilité tout en conservant leur structure. Ils peuvent donc être utilisés pour le revêtement des moteurs de poids lourds et des pots d'échappement automobiles, ou pour la production de ces moteurs.

Pistons

Le revêtement SiC des céramiques automobiles, comme les pistons, améliore la réflexion de la chaleur. Comment ? Il augmente la fréquence de combustion du carburant et réduit l'accumulation de carbone.

Culasses

Les chambres d'intensité plus élevée des orifices d'échappement et des culasses brûlent bien grâce aux revêtements en céramique qui aident à faire circuler la chaleur à un rythme plus rapide.

Jupes de piston

La résistance à l'abrasion et aux rayures est une propriété essentielle des matériaux céramiques en carbure de silicium. Ainsi, les blocs moteurs et les jupes de piston bénéficient d'une surface de glissement sèche et d'une protection grâce à un revêtement en carbure de silicium.

collecteurs d'admission

Lorsque vous utilisez un matériau céramique en carbure de silicium pour les revêtements des collecteurs d'admission dans l'industrie automobile, le niveau de pénétration de chaleur est généralement réduit en raison du mélange plus froid d'air et de carburant.

Le rôle des semi-conducteurs en carbure de silicium dans les véhicules électriques (VE)

Grâce aux batteries et aux plaquettes de carbure de silicium (semi-conducteurs), les véhicules électriques sont devenus l'une des dernières innovations technologiques automobiles. D'apparence petite, compacte et légère, ils offrent, comparés à une automobile classique, un rendement énergétique supérieur, des vitesses de commutation impressionnantes et une perte de puissance réduite. Les propriétés uniques des semi-conducteurs en carbure de silicium, telles que la stabilité thermique, la dissipation thermique rapide et efficace, ainsi que la stabilité de la conductivité électrique et thermique, font d'eux la référence pour la conception de véhicules électriques plus compacts, moins complexes et économiques. Pour leur bon fonctionnement, les véhicules électriques utilisent des circuits de charge, des plaquettes de carbure de silicium (sous forme de puces), des batteries ou des onduleurs.

Selon certaines informations, Tesla a innové avec son modèle 3 en 2017, en devenant le premier constructeur de véhicules électriques à produire un onduleur de transmission en carbure de silicium.

Ces onduleurs, ou batteries SiC, comme vous pouvez les appeler, alimentent les véhicules électriques en convertissant rapidement l'énergie électrique qu'ils contiennent en énergie pour les propulser. Ainsi, sans la batterie au carbure de silicium, qui doit être rechargée, les roues des véhicules électriques ne bougeraient pas d'un pouce. C'est aussi parce que ces semi-conducteurs SiC agissent comme un cerveau qui contrôle le flux d'énergie électrique entre le moteur électrique, la batterie et les autres composants.

Votre automobile moyenne consomme environ 500 à 600 puces semi-conductrices, Ce qui entraîne une production accrue de chaleur. Il existe donc un besoin croissant de puces capables de transférer cette chaleur plus rapidement et efficacement. Les puces semi-conductrices en carbure de silicium constituent désormais une solution très utile, car elles peuvent gérer efficacement la chaleur produite et la dissiper rapidement sans affecter le système. Les nouveaux véhicules électriques améliorés que l'on voit aujourd'hui sont équipés d'environ 2 000 puces semi-conductrices en carbure de silicium. On constate une amélioration évidente de la densité, de la puissance et du taux de conversion d'énergie, ainsi qu'une conductivité thermique et une stabilité accrues des véhicules électriques.

Tendances actuelles du marché des céramiques en carbure de silicium

Le marché des céramiques en carbure de silicium est actuellement évalué à 1,27 milliard de livres sterling (TP4T). Un chiffre impressionnant, non ? Les économistes estiment le taux de croissance annuel composé à 5,251 milliards de livres sterling (TP3T), compte tenu de la forte augmentation de la demande et de la concurrence sur le marché. De plus, une estimation d'au moins 1,4 milliard de livres sterling (TP4T2) d'ici 2030 témoigne de la bonne santé du marché ces dernières années. Des entreprises asiatiques comme Fuji Electric Company, Ltd. et ROHM Companies se sont imposées comme des acteurs clés sur ce marché du SiC.

Ici à GGSCéramiques, Nous vous proposons certains des meilleurs matériaux céramiques en carbure de silicium disponibles. En achetant ces produits uniques, vous pourrez créer l'univers céramique de vos rêves.

Questions fréquemment posées

Le carbure de silicium peut-il se dissoudre dans l’eau ?

Non, il est insoluble dans l'eau mais soluble dans le fer fondu et l'hydroxyde de potassium (KOH)

Quelle est la meilleure batterie entre une batterie au carbure de silicium et une batterie lithium-ion ?

Les batteries SiC ont tendance à être meilleures que le type de batterie lithium-ion moyen, car elles (batterie au carbure de silicium) se chargent plus rapidement, ont une durée de vie plus longue et possèdent une densité énergétique plus élevée, ce qui les rend plus résistantes que leurs homologues (lithium-ion).

Qu'est-ce qui différencie le nitrure de gallium (GaN) du carbure de silicium (SiC) ?

Bien que ces deux matériaux semi-conducteurs aient des propriétés similaires, le carbure de silicium a une bande interdite plus large de 3,4 eV, tandis que le nitrure de gallium a une bande interdite de 3,4 eV.

Conclusion

Les céramiques en carbure de silicium ont actuellement un impact considérable sur les économies mondiales et de nombreux secteurs industriels. Elles ont profondément transformé l'industrie automobile, de l'utilisation de la céramique pour la production de véhicules électriques et automobiles économiques mais très performants à la production de plaquettes de carbure de silicium hautes performances, de semi-conducteurs et de batteries en carbure de silicium, de chargeurs embarqués et de revêtements de pistons améliorés. Les céramiques en carbure de silicium changent véritablement la donne !