Introduction
Récemment, la demande mondiale en matériaux céramiques offrant une résistance et une durabilité accrues, capables de résister aux conditions de travail difficiles tout en restant performants, s'est accrue. C'est pourquoi les matériaux céramiques en carbure de silicium se sont imposés comme l'un des matériaux les plus performants et les plus utilisés. Outre leur dureté et leur durabilité exceptionnelles, ils présentent d'autres propriétés intéressantes, que nous examinerons en détail dans l'article d'aujourd'hui. Vous découvrirez également les différents types, applications et tendances du marché des céramiques en carbure de silicium, ainsi que les différences entre les dissipateurs thermiques en céramique et l'aluminium et d'autres matériaux.
Caractéristiques des matériaux céramiques en carbure de silicium
Les matériaux céramiques en carbure de silicium sont des matériaux céramiques avancés fabriqués à partir de matériau semi-conducteurLe carbure de silicium est utilisé dans de nombreuses applications industrielles. Il apparaît parfois jaune et parfois verdâtre. Ces semi-conducteurs sont composés de silicium et de carbone disposés en réseaux cristallins, ce qui en fait l'un des matériaux artificiels les plus durs connus sur Terre. Voici quelques propriétés des matériaux céramiques en carbure de silicium à connaître avant d'envisager un achat :
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Haut niveau de résistance à la chaleur et à la corrosion
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Capacité à résister à des températures élevées atteignant 1 300 °C.
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Résistant aux rayures
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Excellents conducteurs de chaleur et d’électricité.
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Matériaux chimiquement inactifs.
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Faible densité
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Possèdent une large bande interdite, ce qui signifie qu'ils peuvent servir de bons semi-conducteurs pour les appareils électroniques.
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Faible dilatation thermique et résistance aux chocs.
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Matériaux extrêmement durs, deuxièmes seulement après le diamant.
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Haute densité de 3,20 g/mm
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Point de fusion élevé de 2 730 °C
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Grand module d'élasticité supérieur à 400 GPa.
Types de matériaux céramiques en carbure de silicium
Il existe trois principaux types de matériaux en carbure de silicium :
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Matériaux en carbure de silicium liés par réaction (RBSiC) :
Ce type de matériau céramique en carbure de silicium est réputé pour sa densité et sa résistance exceptionnelles. Il est fabriqué industriellement à partir de la combinaison chimique de poudres de silicium et de carbone. températures élevées et une pression de frittage minimale. On obtient alors généralement un matériau poreux capable d'infiltrer du silicium. Grâce à sa grande résistance à la température et à l'usure, le RBSiC est un excellent matériau pour la fabrication de creusets, de miroirs spatiaux et de nombreux autres composants industriels haute température.
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Matériaux en carbure de silicium infiltré de silicium (SiSiC) :
Ce type de carbure de silicium s'apparente davantage à une nuance haute densité de carbure de silicium lié par réaction. La différence réside dans l'infiltration de silicium liquide dans les matériaux poreux. Le SiSiC peut être utilisé pour diverses applications, telles que les tubes céramiques pour le revêtement de machines industrielles, les semi-conducteurs pour appareils électroniques et les outils pour la fabrication de buses et de matériaux de coupe.
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Matériaux en carbure de silicium fritté (SSIC) :
Ces matériaux légers sont obtenus par compression de particules de poudre de carbure de silicium à haute température et basse pression. Ils présentent une grande pureté, des surfaces plus lisses et des densités plus élevées. Ce type de matériau SSIC peut être utilisé industriellement pour la production de pompes, de garnitures mécaniques et de certaines pièces détachées de machines.
Comparaison entre les dissipateurs thermiques en céramique et les dissipateurs thermiques en aluminium.
Les dissipateurs thermiques sont des dispositifs ou des plaques utilisés dans l'industrie électrique pour évacuer la chaleur excessive produite par les composants électroniques (dissipation thermique). Avec l'augmentation de la production appareils électroniques Ces dernières années, les matériaux céramiques avancés et l'aluminium sont devenus les deux matériaux les plus couramment utilisés dans la production de ces dissipateurs thermiques.
Cependant, si vous devez choisir entre les deux options, les dissipateurs thermiques en céramique, fabriqués à partir de matériaux céramiques avancés comme le carbure de silicium, sont probablement plus adaptés que l'aluminium, car ils dissipent ou évacuent mieux la chaleur des appareils électroniques. Pourquoi sont-ils meilleurs ? Si vous vous demandez, c'est parce que, contrairement à l'aluminium, les dissipateurs thermiques en carbure de silicium sont de meilleurs conducteurs d'électricité dans les appareils électroniques de haute précision, grâce à leur dureté exceptionnelle et à leur capacité à fonctionner efficacement dans des conditions défavorables, comme les températures élevées ou la chaleur. De plus, ces dissipateurs thermiques en céramique avancés sont également plus respectueux de l'environnement et présentent une résistance thermique supérieure à celle de l'aluminium.
Comparés à l'aluminium, les dissipateurs thermiques en céramique résistent également aux réactions chimiques et à la corrosion, et ne tolèrent pas les interférences électromagnétiques. Ces propriétés, mentionnées ci-dessus, permettent aux dissipateurs thermiques en céramique de carbure de silicium de dissiper la chaleur émise par la lumière ou les appareils électroniques à haute énergie de manière plus efficace que l'aluminium.
Les dissipateurs thermiques en aluminium sont une bonne option. Si vous envisagez le coût d'achat de l'un ou l'autre, sachez qu'ils sont moins chers que les dissipateurs en céramique et sont également de bons conducteurs thermiques. Le choix entre un dissipateur en céramique et un dissipateur en aluminium dépend désormais des propriétés recherchées ou de l'application pour laquelle il est destiné. Ainsi, si les dissipateurs en céramique offrent des performances optimales, les dissipateurs en aluminium sont plus économiques.
Éléments chauffants en carbure de silicium
Le carbure de silicium peut être utilisé pour fabriquer des éléments chauffants, offrant une conductivité thermique élevée. Grâce à sa densité élevée, des tiges et des tubes en céramique peuvent être extraits de différentes qualités de SiC à des températures atteignant 2 500 °C.
La puissance élevée des éléments chauffants en carbure de silicium est une caractéristique distinctive de ces éléments. La plupart du temps, ils ne nécessitent aucun support externe, car ils peuvent être montés de n'importe quelle manière (horizontalement ou verticalement).
Le carbure de silicium est utilisé pour fabriquer des éléments chauffants car :
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Il a la capacité de gérer différents produits quelle que soit l'atmosphère.
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Ils sont très économiques et ne posent pas de problèmes de stockage.
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Il est également propre et respectueux de l’environnement.
Applications des éléments chauffants en carbure de silicium
Les éléments chauffants en carbure de silicium peuvent être utilisés dans différents contextes et applications. En voici quelques exemples :
Industrie du verre
Dans l'industrie du verre, vous pouvez utiliser ces éléments chauffants SiC pour la fusion (en raison de leur propriété réfractaire) et l'affinage du verre.
Industrie électrique
Vous pouvez l'utiliser pour fabriquer des porcelaines électriques, des meules, des bougies d'allumage, des radiateurs à diffusion et en carbure de silicium.
Métallurgie
Le frittage, le durcissement, la désoxydation, le dosage, le traitement thermique, le forgeage et le brasage sont autant d'applications appropriées pour les éléments chauffants en carbure de silicium dans l'industrie métallurgique.
Industrie de la céramique
L'industrie de la céramique n'est pas en reste, car la poterie et certains autres ustensiles de cuisine que vous utilisez à la maison sont tous des produits du chauffage au carbure de silicium.
Tendances actuelles du marché international et valeur marchande des céramiques en carbure de silicium.
Les matériaux en carbure de silicium infiltré de silicium (SiSiC) et en carbure de silicium fritté (SSiC) ont dominé le marché de la céramique pendant longtemps en 2023. En raison de leur utilité, de nombreuses industries ont commencé à demander ces matériaux céramiques en carbure de silicium et, par conséquent, le marché a connu une croissance étonnante.
Il est intéressant de savoir qu'il y a deux ans, le marché des céramiques en carbure de silicium était évalué à 1,27 milliard de livres sterling. Avec un taux de croissance annuel composé de 5,251 milliards de livres sterling, il devrait dépasser 1,4 milliard de livres sterling d'ici 2030. L'Asie compte des acteurs clés du marché tels que Fuji Electric Company, Ltd. (Japon), ROHM Company, Ltd. et STMicroelectronics.
Ici à GGSCéramiques, nous proposons le meilleur mélange de matériaux céramiques en carbure de silicium, de dissipateurs thermiques en céramique et de produits pour votre utilisation et votre plaisir.
Applications des matériaux céramiques en carbure de silicium
Les matériaux céramiques en carbure de silicium peuvent être utilisés dans divers secteurs, allant de l'industrie chimique aux entreprises d'ingénierie, en passant par l'industrie manufacturière, et bien d'autres. Nous en examinerons quelques-uns :
sociétés d'ingénierie
Dans les entreprises d'ingénierie, le carbure de silicium peut être utilisé en électronique pour produire des appareils, des machines et des équipements exigeant une conductivité thermique et une résistance à la chaleur élevées. Il peut par exemple être utilisé dans la production de freins, de pièces de moteur, de pompes, de roulements, de garnitures mécaniques, de revêtements de fours, de buses, de tuyaux, etc.
Industrie de la céramique
Vous pouvez utiliser les céramiques en carbure de silicium pour produire des vernis à ongles, des étagères de four et des revêtements en raison de leur excellente résistance réfractaire et chimique.
Production d'abrasifs
Les matériaux nécessitant des surfaces rugueuses et résistantes aux rayures, comme les pièces de machines et les outils de coupe, peuvent être fabriqués à partir de céramiques en carbure de silicium. Les abrasifs, par exemple, utilisent la dureté et la résistance à l'usure du carbure de silicium pour accroître leur efficacité.
Industrie électronique
L'électronique, les semi-conducteurs et les dispositifs d'alimentation tels que les diodes Schottky et les MOSFET bénéficient également de la céramique en carbure de silicium.
Militaire
Les gilets pare-balles utilisés dans l'armée réagissent brillamment bien aux objets à fort impact car la majorité d'entre eux sont fabriqués à partir de matériaux céramiques en carbure de silicium.
Questions fréquemment posées
Quel est le nom commun des matériaux céramiques en carbure de silicium ?
Le nom commun des matériaux céramiques en carbure de silicium est Moissanite.
Quelle est la dureté Mohs des céramiques en carbure de silicium ?
Une dureté Mohs de 9,5 fait de la céramique en carbure de silicium le deuxième matériau le plus dur sur Terre après le diamant.
Les matériaux céramiques en carbure de silicium ont-ils un point d’ébullition et un point de fusion ?
Oui, leur point de fusion est d'environ 2 730 °C, mais ils n'ont pas de point d'ébullition défini. Cependant, des recherches récentes montrent qu'à 4 936 °F, ils peuvent passer directement de l'état solide à l'état gazeux (sublimation).
Qu'est-ce que le carbure de silice et qu'est-ce qui le différencie du carbure de silicium ?
Leurs compositions chimiques et physiques les différencient. Le carbure de silice est un oxyde de silicium, tandis que le carbure de silicium, de formule chimique SiO₂, est un composé chimique composé de silicium et de carbone.
Conclusion
Les matériaux en carbure de silicium resteront un pilier de l'économie mondiale tant que la population mondiale continuera d'utiliser et de demander des matériaux céramiques avancés. Avec les innovations et les modifications apportées à ces matériaux céramiques en carbure de silicium, il s'agit certainement de l'un des secteurs les plus prometteurs pour s'implanter en toute sécurité et espérer un essor.