Céramiques de carbure de silicium (SiC)

Connu depuis la fin du XIXe siècle sous le nom de céramique de carbure de silicium carborundum (SiC), ce composé de silicium et de carbone est passé du statut de poudre abrasive à celui de matériau de base pour l'ingénierie de haute performance. Aujourd'hui, les céramiques de carbure de silicium sont indispensables dans des industries allant des semi-conducteurs et de l'électronique à l'aérospatiale, l'automobile, l'énergie et le traitement chimique.

Qu'est-ce que le carbure de silicium ? En termes scientifiques, il s'agit d'un composé de carbure de silicium à liaison covalente dont la formule chimique est SiC. Il présente une structure cristalline unique qui peut exister dans différents polytypes (3C, 4H, 6H). Sa grande dureté (Mohs 9,5), sa faible densité (~3,1 g/cm³), sa température de fusion élevée (~2 700 °C) et son excellente conductivité thermique en carbure de silicium en font un matériau idéal pour les applications exigeantes où les métaux ou les plastiques ne peuvent être utilisés.

Chez Great Ceramic, nous fournissons des pièces en carbure de silicium adaptées aux besoins des clients, offrant une précision, une cohérence et une fiabilité inégalées.

Passer à

Avantages | Applications | Grades de matériaux | Propriétés | Cas | Usinage | FAQ | En rapport

Céramique de carbure de silicium-SIC-Matériaux céramiques-Great Ceramic

Avantages des céramiques de carbure de silicium

La combinaison unique de propriétés mécaniques, thermiques et électriques permet au SiC de se distinguer parmi les céramiques techniques.

Avec une dureté Vickers d'environ 22 GPa, la dureté du carbure de silicium est proche de celle du diamant et du nitrure de bore cubique. Le carbure de silicium est donc un choix idéal pour les pièces résistantes à l'usure, les bagues d'étanchéité et les abrasifs.

La densité du carbure de silicium étant généralement comprise entre 3,02 et 3,15 g/cm³, il offre une résistance exceptionnelle sans poids excessif, ce qui constitue un avantage important pour les systèmes aérospatiaux et automobiles.

La conductivité thermique du SiC dépasse 100 W/m-K, ce qui en fait un excellent matériau pour les échangeurs de chaleur, les plaquettes de semi-conducteurs et les substrats pour l'électronique de puissance.

Un coefficient de dilatation thermique (CTE SiC) de ~4 × 10-⁶/K garantit une excellente stabilité dimensionnelle, même en cas de choc thermique et de fluctuation des températures.

Résistant aux acides, aux sels et à la plupart des produits chimiques, il forme un film protecteur SiO₂ à plus de 1 300 °C pour résister à l'oxydation.

Les propriétés électriques du carbure de silicium lui permettent d'être utilisé comme semi-conducteur à large bande interdite, idéal pour les dispositifs électroniques à haute puissance et à haute température.

Sa combinaison de dureté, de solidité et de résistance à la corrosion signifie que les produits en carbure de silicium sont nettement plus performants que les métaux et les polymères dans les environnements difficiles.

Applications industrielles

Le carbure de silicium est utilisé dans de nombreuses industries grâce à ses propriétés exceptionnelles :

Dans l'aérospatiale, les applications du carbure de silicium comprennent les composants de turbines, les pièces de moteurs et les systèmes de protection thermique. Sa capacité à résister aux températures élevées et sa légèreté en font un matériau idéal pour ces environnements exigeants. Les céramiques de carbure de silicium sont également utilisées dans les systèmes de protection blindée pour les véhicules et le personnel en raison de leur dureté et de leur légèreté exceptionnelles.

Les propriétés semi-conductrices du carbure de silicium ont révolutionné l'électronique de puissance. La technologie du carbure de silicium permet une conversion d'énergie plus efficace, un fonctionnement à plus haute fréquence et une meilleure gestion thermique par rapport aux semi-conducteurs traditionnels en silicium. Elle est donc très utile pour les onduleurs, les convertisseurs et les alimentations dans les applications énergétiques.

Dans l'industrie, les produits en carbure de silicium tels que les buses, les joints, les roulements et les outils de coupe offrent une résistance à l'usure et une longévité exceptionnelles. La dureté et l'inertie chimique du matériau le rendent idéal pour ces applications exigeantes.

L'industrie automobile utilise le carbure de silicium pour les disques de frein, les composants d'embrayage et les filtres en céramique. Dans les véhicules électriques, les semi-conducteurs en carbure de silicium sont essentiels pour les systèmes de contrôle de la puissance, améliorant l'efficacité et réduisant la production de chaleur.

Dans la fabrication des semi-conducteurs, les céramiques de carbure de silicium sont utilisées pour les dispositifs de traitement des plaquettes, les suscepteurs et les composants résistants au plasma. La pureté du matériau, sa stabilité thermique et sa résistance au plasma en font un matériau idéal pour ces applications critiques.

Les tubes, échangeurs de chaleur et chambres de réaction en carbure de silicium offrent une résistance exceptionnelle à la corrosion dans les environnements de traitement chimique. Le matériau résiste aux acides agressifs, aux alcalis et aux températures élevées où les métaux se dégradent rapidement.

La résistance du SiC aux rayonnements et sa stabilité à haute température en font un matériau adapté aux applications nucléaires, y compris les gaines de combustible et les composants structurels des réacteurs avancés.

Applications des céramiques avancées dans l'industrie automobile
Applications des céramiques avancées dans les machines industrielles
Applications des céramiques avancées dans l'industrie manufacturière générale
Applications des céramiques avancées dans les secteurs de la chimie, des plastiques et du caoutchouc
Composants céramiques avancés pour l'aérospatiale
Applications des céramiques avancées dans les secteurs des semi-conducteurs et de l'électronique
Céramiques techniques utilisées dans les dispositifs médicaux
Applications des céramiques avancées dans l'industrie du pétrole et du gaz

Qualités disponibles de carbure de silicium

Great Ceramic propose une gamme de matériaux en carbure de silicium de haute performance optimisés pour chaque application :

Céramiques de carbure de silicium frittées sans pression（SSIC）

Les céramiques de carbure de silicium frittées sans pression (SSiC) sont des céramiques structurelles de haute performance produites par un processus de frittage sans pression à haute température. Leur principal composant est la poudre de carbure de silicium de haute pureté. Aucun liant métallique ni pression externe n'est nécessaire pendant le processus de frittage, ce qui permet d'obtenir une pureté et une densité extrêmement élevées, d'où d'excellentes performances globales. Ce matériau est largement utilisé dans des environnements extrêmement difficiles en raison de sa résistance mécanique, de sa résistance à l'usure et de sa résistance à la corrosion exceptionnelles.

Caractéristiques principales

  • Dureté et résistance à l'usure très élevées
  • Avec une dureté Mohs proche de 9,5, la deuxième après le diamant et le nitrure de bore cubique, le SSiC présente une résistance à l'usure exceptionnelle, ce qui en fait un matériau idéal pour les environnements à forte friction et à forte usure.
  • Excellente résistance mécanique : Il possède une résistance élevée à la flexion et à la compression et conserve des propriétés mécaniques stables même à des températures élevées.
  • Résistance aux températures élevées : Il peut supporter un fonctionnement stable à long terme dans des environnements atmosphériques dépassant 1600°C et dans des atmosphères inertes à des températures dépassant 1600°C.
  • Excellente résistance à la corrosion : Excellente résistance à la corrosion aux acides forts, aux bases et à la plupart des solvants organiques, ce qui permet de l'utiliser dans des environnements corrosifs.
  • Excellente performance thermique : Conductivité thermique élevée, faible coefficient de dilatation thermique, excellente résistance aux chocs thermiques et résistance aux fissures dues à des changements brusques de température.
  • Pureté et isolation élevées : Le processus de frittage sans pression élimine l'introduction d'impuretés métalliques, ce qui permet d'obtenir un matériau d'une grande pureté tout en conservant d'excellentes propriétés d'isolation électrique.

Applications typiques

  • Joints mécaniques : Bagues d'étanchéité et bagues dans les pompes et les compresseurs
  • Équipement chimique : Tuyaux, buses et revêtements de vannes résistants à la corrosion
  • Industries des semi-conducteurs et de l'électronique : Supports à haute température, tubes de four et revêtements
  • Composants résistants à l'usure : Paliers, revêtements résistants à l'usure et buses de sablage
  • Énergie et protection de l'environnement : Composants de fours dans l'industrie photovoltaïque, revêtements d'incinérateurs de déchets

Processus de production

Les céramiques de carbure de silicium frittées sans pression sont fabriquées à partir de poudre de carbure de silicium de haute pureté, qui est ensuite formée dans un moule avec une petite quantité d'adjuvant de frittage et frittée sans pression à des températures supérieures à 2000°C. Ce processus confère au matériau une structure dense proche de la densité théorique, avec des grains fins et uniformes, garantissant ainsi d'excellentes performances globales.

Céramiques de carbure de silicium frittées par réaction (SISiC)

La céramique de carbure de silicium frittée par réaction (SISiC) est un matériau céramique de haute performance fabriqué à partir de poudre de carbure de silicium (SiC) et d'une source de carbone. Du silicium liquide est infiltré dans un corps vert à haute température, générant une réaction qui produit du nouveau carbure de silicium. Comparé au carbure de silicium fritté sans pression (SSiC), le SISiC se caractérise par des températures de production plus basses et un processus plus flexible, permettant la fabrication de composants structurels à grande échelle et de forme complexe. Par conséquent, il bénéficie d'une large application industrielle.

Caractéristiques principales

  • Dureté élevée et résistance à l'usure : Le SISiC présente une excellente dureté (environ 9 sur l'échelle de Mohs) et une excellente résistance à l'usure, ce qui le rend adapté aux applications de friction et d'abrasion.
  • Résistance mécanique élevée : Le SISiC présente une excellente résistance à la flexion et à la compression. Bien qu'inférieure à celle du SSiC, elle répond aux exigences de la plupart des applications industrielles.
  • Bonne résistance à la corrosion : Le SISiC est stable dans la plupart des milieux acides et alcalins et présente une excellente résistance à l'oxydation, ce qui permet de l'utiliser dans l'industrie chimique.
  • Excellente performance thermique : Le SISiC présente un faible coefficient de dilatation thermique, une conductivité thermique élevée et une excellente résistance aux chocs thermiques, ce qui permet un fonctionnement stable dans des conditions de haute température.
  • Capacité à fabriquer des structures complexes : Le processus de frittage par réaction permet de produire des composants de grande taille, à parois minces et à géométrie complexe, sans avoir recours à un équipement de pressage à chaud coûteux.

Applications typiques

  • Garnitures mécaniques et composants de pompes : bagues d'étanchéité, bagues, roues de pompes
  • Équipement chimique : revêtements résistants à la corrosion, vannes, buses
  • Équipement thermique : meubles de four, revêtements de four et supports
  • Énergie : composants résistants à l'usure et à la corrosion pour les centrales éoliennes, thermiques et nucléaires
  • Industrie métallurgique : buses, revêtements de canaux et paliers lisses

Processus de production

Le processus de préparation du carbure de silicium fritté par réaction implique généralement :

  • Mélanger la poudre de carbure de silicium avec une source de carbone pour former un corps vert ;
  • Infiltrer le silicium liquide à haute température ;
  • Le silicium liquide réagit avec le carbone pour former un nouveau carbure de silicium, densifiant ainsi le corps vert.

Cette méthode présente l'avantage d'un processus simple, d'une température de frittage basse et d'un retrait dimensionnel minimal, ce qui permet de produire des composants complexes de grande taille, proches des dimensions nettes. Toutefois, en raison de la présence de silicium résiduel, sa résistance à haute température et à l'oxydation est légèrement inférieure à celle du SSiC.

Principales propriétés du carbure de silicium

Great Ceramic propose une variété de matériaux en carbure de silicium à ses clients. Les valeurs suivantes sont des propriétés typiques des matériaux et peuvent varier en fonction de la configuration du produit et du processus de fabrication. Pour plus de détails, n'hésitez pas à contacter nous contacter.

Propriétés Unité SSiC SiSiC Si3N4
Couleur -- Gris foncé Gris foncé Gris ou noir
Densité g/cm³ 3.15 3.02 3.2
Porosité % ≤0.1 ≤0.1 --
Dureté GPa 22 22 15
Résistance à la compression MPa 2600 2600 2500
Résistance à la flexion MPa 400 250 700
Module d'élasticité GPa 410 330 300
Température maximale d'utilisation ℃ 1400 1000 1100
Conductivité thermique W/(m・K) 100~120 45(1200℃) 15~20
Coefficient de dilatation thermique 1 x 10-6/°C 4 4.5 3

Propriétés chimiques des matériaux en carbure de silicium

Lorsque la température de la réaction à l'oxygène atteint 1300°C, une couche protectrice de dioxyde de silicium se forme à la surface du cristal de carbure de silicium. Avec l'épaississement de la couche protectrice, le carbure de silicium interne résiste et continue à se lier, de sorte que le carbure de silicium cristallin présente une bonne résistance chimique. En termes de résistance à la corrosion, les matériaux SiC présentent une forte résistance à l'acide en raison du rôle du film protecteur de dioxyde de silicium, mais une faible résistance aux alcalis.

Cas d'application des céramiques de carbure de silicium

Les céramiques de carbure de silicium (SiC) de Great Ceramic combinent une dureté exceptionnelle, une excellente conductivité thermique, une résistance supérieure à l'usure et une stabilité chimique exceptionnelle, ce qui en fait l'un des matériaux céramiques les plus avancés pour les applications industrielles exigeantes. Avec un point de fusion élevé, une faible dilatation thermique et une capacité à résister aux environnements extrêmes, les céramiques de carbure de silicium sont idéales pour les industries qui exigent durabilité, efficacité et longue durée de vie.

Applications clés des céramiques de carbure de silicium :

  • Bagues et paliers de garnitures mécaniques
  • Composants aérospatiaux
  • Creusets en carbure de silicium
  • Supports et substrats pour tranches de semi-conducteurs
  • Composants automobiles
  • Applications nucléaires et énergétiques
  • Abrasifs et outils de coupe (Carborundum)
  • Echangeurs de chaleur et tubes
  • Isolateurs électroniques et électriques
  • Pièces céramiques de précision sur mesure
Buses en céramique de nitrure de bore
Céramique de carbure de silicium Garniture mécanique Bague d'étanchéité 1
Découpe au laser de substrats en nitrure d'aluminium
Roues en céramique de carbure de silicium sur mesure
Bague d'étanchéité en céramique de carbure de silicium (SIC)
Entretoise céramique en nitrure d'aluminium
Céramique métallisée en surface
Manchon intérieur en céramique de carbure de silicium - revêtement de broyeur à sable

Usinage de céramique de carbure de silicium

Les céramiques de carbure de silicium (SiC) sont connues pour leur dureté extrême, leur conductivité thermique élevée et leur excellente résistance à l'usure, ce qui en fait l'une des céramiques techniques les plus difficiles à traiter. Chez Great Ceramic, nous proposons des services complets d'usinage du carbure de silicium qui offrent une précision, des performances et une fiabilité inégalées dans l'industrie.

Lors de l'usinage, nous utilisons des techniques avancées de rectification au diamant, de rodage de précision et de polissage fin pour obtenir des tolérances de l'ordre du micron et des finitions de surface exceptionnelles. Ces capacités nous permettent de répondre aux exigences rigoureuses en matière de précision structurelle et de qualité de surface des joints mécaniques, des substrats pour semi-conducteurs, des creusets, des échangeurs de chaleur et des composants aérospatiaux.

Grâce à des années d'expertise technique et à un équipement de pointe, Great Ceramic fournit non seulement des pièces normalisées en carbure de silicium, mais développe également des composants complexes personnalisés adaptés aux besoins industriels spécifiques, garantissant une grande fiabilité et une longue durée de vie dans des conditions de travail extrêmes.

Usinage CNC de précision de la céramique

Rectification et fraisage CNC

Fraisage, tournage et rectification CNC avec des tolérances de l'ordre du micron.

Prépolissage et polissage de la céramique

Rodage et polissage

Polissage de surface pour des finitions lisses et des surfaces de qualité optique.

Découpe laser céramique technique

Découpe laser de la céramique

Perçage et découpe au laser pour les géométries complexes.

Assemblages brasés en céramique et en métal

Métallisation et soudage

Métallisation (Mo/Mn, W) pour le brasage céramique-métal.

Questions fréquemment posées

Carbure de silicium (SiC) est un composé synthétique de silicium et de carbone connu pour sa dureté exceptionnelle, sa stabilité thermique et sa résistance chimique. Il n'existe que rarement dans la nature sous la forme du minéral moissanite, mais il est largement produit pour des applications industrielles. Le carbure de silicium définition englobe à la fois le composé simple et les matériaux céramiques avancés qui en sont dérivés.

Oui, Le carbure de silicium est une céramique Le SiC est un matériau de pointe, en particulier une céramique technique avancée. Contrairement aux céramiques traditionnelles à base d'argile, le SiC fait partie d'une classe de matériaux connus sous le nom de céramiques "avancées", "d'ingénierie" ou "techniques", qui se caractérisent par leurs propriétés mécaniques, thermiques et électriques supérieures.

Le carbure de silicium est utilisé pour un large éventail d'applications, notamment les abrasifs, les réfractaires, les armures en céramique, les semi-conducteurs électroniques, les éléments chauffants et les composants à haute température. Les caractéristiques spécifiques de ce produit sont les suivantes applications du carbure de silicium comprennent les garnitures mécaniques, les outils de coupe, les composants de fours, l'électronique de puissance et les pièces résistantes à l'usure dans l'équipement industriel.

Le carbure de silicium est fabriqué par le biais de plusieurs procédés. La méthode traditionnelle d'Acheson consiste à chauffer du sable siliceux et du carbone dans un four électrique à des températures supérieures à 2200°C. Pour les matériaux plus purs, on utilise le dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Pour créer des céramique de carbure de siliciumLes poudres sont mises en forme et frittées à haute température (2000-2200°C) pour être densifiées.

Le propriétés électriques du carbure de silicium peut varier considérablement. Le SiC pur est un semi-conducteur électrique dont la bande interdite est environ trois fois plus large que celle du silicium. Cependant, le SiC pur est un semi-conducteur électrique, conductivité du carbure de silicium peuvent être modifiés par dopage avec des éléments spécifiques. Certaines qualités peuvent conduire l'électricité, tandis que d'autres sont isolantes. Le conductivité du carbure de silicium le rend précieux pour les dispositifs électroniques qui fonctionnent à des températures élevées, à des fréquences élevées ou à des niveaux de puissance élevés.

Carbure de silicium est extrêmement dur, se classant entre 9,2 et 9,5 sur l'échelle de Mohs, juste en dessous du diamant (10) et du carbure de bore (9,5+). Ses caractéristiques sont les suivantes dureté est d'environ 2500-2800 kgf/mm² (Vickers), ce qui en fait l'un des matériaux les plus durs disponibles dans le commerce. Cette dureté extrême contribue à son excellente résistance à l'usure et à l'abrasion.

Carbure de silicium possède une résistance mécanique élevée, la résistance à la flexion étant généralement comprise entre 300 et 600 MPa. Il conserve cette résistance à des températures élevées - à 1400°C, il conserve environ 85% de sa résistance à température ambiante. Le résistance du carbure de siliciumCombiné à sa densité relativement faible, il présente un rapport résistance/poids exceptionnel par rapport aux métaux et aux autres céramiques.

Grande céramique-Céramiques avancées-Céramiques à base de nitrure d'aluminium

Nitrure d'aluminium

Grande céramique-Céramiques avancées-Céramiques à base de nitrure de silicium 2

Nitrure de silicium

Expert en fabrication de céramiques avancées

Pourquoi nous choisir pour les céramiques de carbure de silicium ?

Au Grande céramiqueNous sommes plus qu'un simple fournisseur de céramiques de carbure de silicium - nous sommes un partenaire en ingénierie de précision. Nos points forts sont les suivants

  • Expertise des matériaux - Une connaissance approfondie des propriétés du SiC garantit des solutions optimales.
  • Fabrication avancée - Meulage et polissage de précision pour une précision de l'ordre du micron.
  • Personnalisation - Des pièces standard aux composants complexes.
  • Assurance qualité - Tests stricts de fiabilité et de performance.
  • Une portée mondiale - Des industries du monde entier lui font confiance.

Vous recherchez des céramiques de carbure de silicium de haute performance qui offrent résistance, précision et fiabilité ?