Introduction

Carbure de silicium (SiC) Le carbure de silicium est un matériau céramique réputé et très utile aux technologies modernes. En réalité, de nombreuses industries émergentes, exigeant des températures élevées et une stabilité thermique dans des conditions de travail intenses, ne peuvent guère se passer du carbure de silicium. La raison en est simple : le carbure de silicium possède les propriétés indispensables qui lui confèrent d'excellentes performances dans ces conditions. Parmi elles, la dureté exceptionnelle et la conductivité thermique élevée de ce matériau céramique tendance. Dans l'article d'aujourd'hui, vous en apprendrez davantage sur les propriétés du carbure de silicium et son utilité pour les nouvelles énergies et les industries émergentes du monde entier. Vous comprendrez également pourquoi le SiC est un atout pour les semi-conducteurs et l'électronique de puissance.

Qu'est-ce que le carbure de silicium ?

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau céramique cristallin grisâtre fabriqué industriellement à partir de silicium et de carbone. Ses structures tétraédriques en réseau cristallin, composées de carbone et de silicium liés par covalence, le rendent extrêmement dur. Appelé « Carborundum », il est aujourd'hui très pertinent grâce à ses performances et ses propriétés élevées. Plus que tout autre matériau céramique avancé, le carbure de silicium est un composant majeur des semi-conducteurs de troisième génération que l'on trouve aujourd'hui. Sans lui, la plupart de ces semi-conducteurs ne fonctionneraient pas correctement. Ils se briseraient sous une charge et une tension importantes, ou surchaufferaient à des températures élevées en raison d'une mauvaise dissipation thermique.

Le carbure de silicium est facile à produire grâce au procédé Acheson. Il suffit de mélanger un excès de silicium (quartz de pétrole), des additifs essentiels et du carbone (coke industriel) dans un four à très haute température, atteignant 2 400 °C. Si vous êtes un fabricant souhaitant produire les meilleures nuances de SiC pour des applications exigeantes, vous pouvez aller plus loin en frittant le carbure de silicium à des températures plus élevées et sous une pression plus faible.

Alors, à quoi sert le carbure de silicium ? En réalité, les applications du SiC sont nombreuses et touchent de nombreux secteurs. Le carbure de silicium est l'un des rares matériaux céramiques avancés à améliorer significativement l'efficacité et les performances de vos appareils ou équipements industriels. En tant qu'ingénieur de production, il peut vous aider à produire des appareils plus rapides et plus stables, non seulement résistants à la surchauffe, mais aussi légers, ce qui peut réduire considérablement vos coûts de production.

Grâce à sa légèreté et à sa stabilité thermique, le carbure de silicium permet de produire des batteries plus sûres et plus performantes pour les véhicules électriques. Ces batteries ont tendance à se charger plus rapidement, non seulement dans les véhicules électriques, mais aussi dans d'autres appareils électroniques haute puissance. Les constructeurs automobiles, et plus récemment l'industrie aérospatiale, utilisent désormais le SiC pour produire des pièces détachées, des roulements de moteur et des joints d'étanchéité, en raison de sa dureté et de sa résistance à l'usure exceptionnelles.

Vous pouvez également l'utiliser pour produire des puces en carbure de silicium et des plaquettes de silicium pour les semi-conducteurs de haute qualité, résistant à l'usure outils/meules de meulage et de coupe, revêtements de four, instruments optiques, miroirs, dispositifs médicaux comme les rayons X et une multitude d'autres composants essentiels utilisés dans les nouvelles industries d'aujourd'hui.

Propriétés du carbure de silicium

Certaines des propriétés exceptionnelles du SiC sont :

• Il est insoluble dans l'eau et les acides

• Il a une résistance à la compression et une ténacité à la rupture élevées de 6,8 MPa·√m

• Il possède une densité de 3,21 g/cm 3

• Il a une dureté de 32 GPa et une note de 9,5 sur l'échelle de dureté de Mohs

• Il s'agit d'un semi-conducteur à large bande interdite avec une bande interdite de 3,26 eV

• Il possède une conductivité thermique de 120 W/m•K

• Il a un module d'élasticité de 440 GPa

• Il a une résistance à la flexion de 490 MPa

• Il peut résister à des températures atteignant 2 600 °C

• Le coefficient de dilatation thermique est de 4,0 x10–6/°C

• Il est très résistant à la corrosion, à l'usure et à la déchirure.

Carbure de silicium et semi-conducteurs

Auparavant, plusieurs industries utilisaient des puces de silicium et d'autres matériaux céramiques avancés pour fabriquer des semi-conducteurs destinés aux appareils et machines électroniques. Ces semi-conducteurs sont qualifiés de « semi-conducteurs de première génération » en raison de leur faible vitesse de rotation et de leur surchauffe. Cependant, n'étant pas des semi-conducteurs à large bande interdite, leur rendement global était médiocre, notamment face à la demande croissante de haute précision à haute température. Aujourd'hui, l'utilisation du carbure de silicium dans ces mêmes industries a permis la production de semi-conducteurs à large bande interdite nettement plus performants. Ces semi-conducteurs, désormais appelés « semi-conducteurs de troisième génération », contiennent des puces de carbure de silicium et des plaquettes de SiC.

Les industries émergentes utilisent des substrats en carbure de silicium (puces et plaquettes) pour améliorer les performances de ces nouveaux semi-conducteurs à large bande interdite. Les puces et dissipateurs thermiques en carbure de silicium intégrés aux semi-conducteurs et aux panneaux électroniques des dispositifs de puissance permettent une dissipation thermique plus rapide. Ils sont également suffisamment robustes pour supporter des tensions ou des surcharges sans se rompre. Tout cela est rendu possible grâce à la dureté et à la conductivité thermique élevée du SiC.

Aujourd'hui, les ingénieurs privilégient toujours les semi-conducteurs à base de carbure de silicium au silicium pour leur production. Pourquoi ? Leur faible coût de production et, comparés aux autres, ils ne surchauffent pas et ne se décomposent pas à haute température, dans des conditions mécaniques et environnementales très contraignantes. Ces avantages sont dus à leur excellente stabilité thermique et à leur dureté.

L'efficacité de ces matériaux SiC Les propriétés des semi-conducteurs peuvent même être améliorées par dopage. Parmi les dopants, on trouve le bore, l'aluminium, l'arsenic, le phosphore, etc.

Alors, si ce n'est le carbure de silicium, quel autre matériau plus performant envisageriez-vous, en tant que fabricant, pour la production et le revêtement de ces semi-conducteurs ? Aucun ! Examinons de plus près l'utilisation du carbure de silicium dans les industries émergentes.

Carbure de silicium et industries émergentes

De nombreuses industries manufacturières, nées ces dernières années, utilisent le carbure de silicium pour des applications de haute précision. Des secteurs variés comme l'ingénierie, l'automobile, l'électronique de puissance, l'énergie solaire, l'aérospatiale, les abrasifs et, plus récemment, la santé, nécessitent tous un matériau céramique très stable et résistant, doté d'excellentes propriétés, comme celles du SiC. Par exemple, les entreprises de construction mécanique ont besoin de matériaux à haute résistance pour produire des barres, des revêtements de fours, des rotors de machines et des joints d'étanchéité. Le SiC est le matériau idéal pour ces applications, car seul le diamant le surpasse en termes de dureté et de stabilité thermique.

L'industrie automobile sait que ses pièces détachées et ses moteurs fonctionneraient mieux avec du carbure de silicium. Comment ? Le SiC est très dur, comme nous l'avons mentionné précédemment ; il est également très résistant à l'usure et aux produits chimiques responsables de la rouille, et suffisamment stable pour conduire la chaleur et l'électricité sans causer de problèmes externes. Ce sont des qualités essentielles pour produire de bonnes voitures avec d'excellentes pièces et une fonctionnalité optimale.

Alors que de nouvelles industries automobiles se lancent désormais dans la production de véhicules électriques comme Tesla, elles ont besoin de SiC pour améliorer les taux de conversion de puissance, produire des batteries en carbure de silicium, réduire la taille et maintenir une accélération et une décélération stables pendant la conduite.

L'énergie solaire n'est pas en reste : les industries émergentes du secteur produisent désormais des onduleurs et des batteries solaires à base de carbure de silicium, dotés de modules de puissance et d'un rendement élevé. Les onduleurs (UPS) et les éoliennes utilisés dans les énergies renouvelables utilisent tous du carbure de silicium. Le carbure de silicium permet de réduire les coûts et la taille des matériaux tout en augmentant l'efficacité de ces produits solaires. Grâce à l'utilisation du carbure de silicium, les taux de conversion solaire atteignent désormais au moins 95%. Avec 97,5%, ces onduleurs améliorés ont réduit les pertes énergétiques globales de 25%. Imaginez les avantages considérables du SiC.

L'électronique de puissance utilise également le SiC pour produire des LED plus efficaces et économes en énergie. Grâce à une perte de température réduite et une meilleure conductivité électrique, le SiC permet à ces LED de durer plus longtemps et d'afficher un éclairage plus lumineux. Cela se traduit par une réduction des coûts de production et une amélioration des rendements pour les industries du secteur.

Des recherches récentes ont montré que l'utilisation et les applications du carbure de silicium dans toutes ces industries émergentes ont connu une forte croissance à l'échelle mondiale. À ce rythme, le marché actuel du SiC (pour les semi-conducteurs, l'électronique de puissance et d'autres applications), évalué à 14 milliards de livres sterling en 2023, pourrait atteindre un pic de plus de 14 milliards de livres sterling en 2026.

Les investisseurs dans les nouvelles énergies et la céramique s'y intéressent à un rythme effréné. Les fournisseurs de carbure de silicium sont désormais très présents sur divers continents grâce à son formidable potentiel. Ne soyez pas en reste ! Contactez-nous dès maintenant à l'adresse suivante : GGSCéramiques Pour des matériaux SiC et SiC fritté de qualité supérieure adaptés à vos applications. Nous sommes leaders parmi les fournisseurs de carbure de silicium et vous pouvez être assuré que vous obtiendrez le meilleur de nous.

Questions fréquemment posées

A quoi sert le carbure de silicium ?

Outre l'utilisation du carbure de silicium dans des conditions environnementales hautement mécaniques et à fortes contraintes, la plupart des fabricants l'utilisent comme abrasif pour la production de papier de verre, de meulage ou d'outils et de meules de coupe.

Quelles sont les matières premières utilisées dans la production de carbure de silicium ?

Les principales matières premières utilisées dans la production de SiC (par le procédé Acheson) sont le quartz de pétrole (silicium industriel) et le coke (carbone).

Quel est le point de fusion du carbure de silicium ?

Le carbure de silicium n'a pas de point de fusion fixe. Cependant, vous remarquerez qu'il commence à se sublimer à 2 730 °C.

Conclusion

Vous connaissez désormais la réponse à la question « À quoi sert le carbure de silicium ? » Que vous soyez novice ou expérimenté dans le secteur, vous savez pertinemment que le carbure de silicium est la solution idéale. matériau céramique multidimensionnel Le carbure de silicium est largement utilisé dans les semi-conducteurs, l'électronique de puissance et plusieurs autres domaines. Outre sa dureté et sa stabilité thermique, sa capacité à résister sans effort aux produits chimiques dangereux, aux températures élevées et à l'usure dans des conditions difficiles en fait un excellent matériau sur lequel tout fabricant peut compter. Le carbure de silicium mérite toute la popularité et la reconnaissance qu'il connaît aujourd'hui à l'échelle mondiale. Il représente sans aucun doute une lueur d'espoir pour les industries émergentes, aujourd'hui et demain !