Ces dernières années, les semi-conducteurs à base de carbure de silicium ont suscité un vif intérêt dans l'industrie. Cependant, en tant que matériau hautes performances, les composants électroniques (diodes, dispositifs de puissance) ne représentent qu'une faible partie de ses applications. Le carbure de silicium peut également être utilisé comme abrasif, matériau de coupe, matériau de structure, matériau optique, support de catalyseur, etc. Aujourd'hui, nous présenterons principalement les céramiques à base de carbure de silicium, qui présentent les avantages suivants : propriétés chimiques stables, résistance aux températures élevées, à l'usure, à la corrosion, conductivité thermique élevée, faible coefficient de dilatation thermique, faible densité et résistance mécanique élevée. Elles sont largement utilisées dans les machines chimiques, l'énergie et la protection de l'environnement, les semi-conducteurs, la métallurgie, la défense nationale et l'industrie militaire, entre autres.

1. Structure et propriétés du carbure de silicium

Le carbure de silicium (SiC), composé de silicium et de carbone, est un composé polymorphe typique. Il se compose principalement de deux formes cristallines : α-SiC (stable à haute température) et β-SiC (stable à basse température). Il existe plus de 200 polymorphes, dont le 3C-SiC du β-SiC et les 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC et 15R-SiC de l'α-SiC sont particulièrement représentatifs.

À des températures inférieures à 1 600 °C, le SiC existe sous forme de β-SiC, qui peut être produit à partir d'un simple mélange de silicium et de carbone vers 1 450 °C. Au-delà de 1 600 °C, le β-SiC se transforme lentement en divers polytypes d'α-SiC. Le 4H-SiC se forme facilement à des températures d'environ 2 000 °C ; les polytypes 6H et 15R nécessitent des températures supérieures à 2 100 °C pour se former facilement. Le 6H-SiC reste très stable même à des températures supérieures à 2 200 °C, ce qui explique son utilisation fréquente dans les applications industrielles. Le carbure de silicium pur est un cristal incolore et transparent. Le carbure de silicium industriel se décline en couleurs de transparence décroissante, notamment incolore, jaune pâle, vert clair, vert foncé, bleu clair, bleu foncé et même noir. L'industrie des abrasifs classe le carbure de silicium par couleur : carbure de silicium noir et carbure de silicium vert. Le carbure de silicium incolore à vert foncé est classé comme carbure de silicium vert, tandis que le carbure de silicium bleu clair à noir est classé comme carbure de silicium noir. Le carbure de silicium noir et le carbure de silicium vert sont tous deux des cristaux hexagonaux d'α-SiC. Généralement, les céramiques au carbure de silicium utilisent de la poudre de carbure de silicium vert comme matière première.

2. Processus de préparation de la céramique en carbure de silicium

Les céramiques en carbure de silicium sont fabriquées par concassage, broyage et classification de matières premières afin d'obtenir des particules de SiC présentant une granulométrie uniforme. Ces particules sont ensuite mélangées à un additif de frittage et à un liant temporaire, pressées pour former un compact cru, puis frittées à haute température. Cependant, en raison de la forte covalence des liaisons Si-C (~88 %) et de leur faible coefficient de diffusion, l'un des principaux défis du processus de préparation réside dans la difficulté de densifier le produit lors du frittage. Les méthodes de préparation des céramiques en carbure de silicium haute densité comprennent le frittage par réaction, le frittage sans pression, le pressage à chaud, le frittage par recristallisation, le pressage isostatique à chaud et le frittage par plasma d'étincelles. Cependant, les céramiques en carbure de silicium présentent une faible ténacité à la rupture, ce qui entraîne une plus grande fragilité. Par conséquent, ces dernières années, des céramiques composites à base de carbure de silicium, telles que le renforcement par fibres (ou moustaches), le renforcement par dispersion de particules hétérogènes et les matériaux à gradient fonctionnel, ont émergé pour améliorer la ténacité et la résistance du matériau unique.

3. Perspectives d'application et de développement des céramiques en carbure de silicium 

En tant que matériau céramique structurel à haute température avec d'excellentes performances, la céramique en carbure de silicium est de plus en plus utilisée dans les fours à haute température, la métallurgie de l'acier, la pétrochimie, l'électronique mécanique, l'aérospatiale, l'énergie et la protection de l'environnement, l'énergie nucléaire, l'automobile et d'autres domaines. Nous pensons qu'il faut utiliser la méthode la plus possible pour faire le grand 

À l'avenir, à mesure que le taux de pénétration des nouveaux véhicules à énergie, de l'énergie, de l'industrie, des communications et d'autres domaines augmente, et que les exigences en matière de composants mécaniques ou de composants électroniques de haute précision, de haute résistance à l'usure et de haute fiabilité dans divers domaines deviennent de plus en plus strictes, la taille du marché des produits en céramique de carbure de silicium devrait continuer à se développer, parmi lesquels les nouveaux véhicules à énergie et le photovoltaïque sont des domaines de développement importants.