Au 21e siècle, avec les avancées en science et technologie, le développement de la productivité moderne s'est concentré sur des domaines tels que la technologie de l'information, l'énergie, les matériaux et la bio-ingénierie. Les matériaux en carbure de silicium (SiC), en raison de leurs propriétés chimiques stables, de leur haute conductivité thermique, de leur faible coefficient de dilatation thermique, de leur faible densité, de leur excellente résistance à l'usure, de leur grande dureté, de leur résistance mécanique et de leur résistance à la corrosion chimique, ont rapidement émergé dans le domaine des matériaux.

Les céramiques SiC ont été développées dans les années 1960. Avant cela, le SiC était principalement utilisé comme matériau abrasif et réfractaire. Cependant, avec l'avènement des céramiques avancées, les céramiques SiC traditionnelles n'étaient plus satisfaisantes. Ces dernières années, des céramiques composites à base de SiC ont été développées, améliorant les performances des matériaux monophasés. Les céramiques SiC sont désormais largement utilisées dans les roulements à billes en céramique, les vannes, les matériaux semi-conducteurs, les instruments de mesure et l'industrie aérospatiale.

La stabilité chimique du SiC est étroitement liée à ses propriétés d'oxydation. Bien que le SiC soit sujet à l'oxydation, il forme un film mince de silice (SiO₂) lors de l'oxydation, ce qui entrave progressivement toute oxydation ultérieure.

Comportement d'oxydation : Dans l'air, le SiC commence à s'oxyder à 800°C, bien que lentement. À mesure que la température augmente, le taux d'oxydation s'accélère rapidement. En présence d'oxygène, le taux d'oxydation est 1,6 fois plus rapide que dans l'air, bien qu'il diminue avec le temps.

Apparence physique : Le SiC pur est un cristal incolore et transparent. Le SiC industriel présente différentes couleurs, y compris incolore, jaune clair, vert clair, vert foncé, bleu clair, bleu foncé et noir, la transparence diminuant à mesure que la couleur s'assombrit. Le SiC est classé en SiC vert (incolore à vert foncé) et en SiC noir (bleu clair à noir).

Le SiC vert est plus cassant et idéal pour fabriquer des abrasifs auto-affûtants.

Le SiC noir est plus résistant et utilisé différemment que le SiC vert.

La préparation de poudres de SiC ultrafines, essentielles dans les applications de haute technologie, se divise en trois catégories principales:

Méthodes en phase solide:

Méthode de réduction carbothérémique.

Méthode de réaction Si-C directe, comprenant la synthèse auto-propagée à haute température et le broyage mécanique.

Méthodes en phase liquide:

Méthode sol-gel.

Méthode de pyrolyse de polymère.

méthode solvothermale.

Méthodes en phase gazeuse:

Dépôt chimique en phase vapeur (CVD).

méthode assistée par plasma.

c. Dépôt de vapeur induit par laser.

En raison des liaisons covalentes fortes et du faible coefficient de diffusion du SiC, la densification ne peut pas être réalisée en utilisant des méthodes de frittage conventionnelles. Des aides au frittage ou une pression externe doivent être utilisées pour abaisser l'énergie de surface ou améliorer la densification.

Céramiques SiC réactionnelles

α-SiC et le carbone sont moulés avec un liant et séchés. Le préforme est placé dans des matériaux contenant du Si, chauffé au-dessus de 1400°C, permettant au Si fondu ou vaporisé d'infiltrer les pores et de réagir avec le carbone pour former du SiC, densifiant finalement le matériau.

Céramiques SiC à chaud

L'application de pression pendant le frittage accélère la diffusion atomique et augmente l'efficacité du frittage. Cependant, cela peut entraîner une croissance des grains perpendiculaire à la direction de la pression. Le pressage isostatique à chaud (HIP) peut atténuer ce problème.

Céramiques SiC frittées sans pression:

Cette méthode est prometteuse pour la production de composants SiC de forme complexe et de grande taille. Elle comprend un frittage en phase solide et en phase liquide, en fonction du mécanisme de frittage.

Les billes de précision sont cruciales dans les instruments de mesure de la rondeur, les gyroscopes, les roulements et les dispositifs de mesure précise. Les billes métalliques conventionnelles sont sujettes à l'usure et à la déformation en raison de la température. Les billes en céramique SiC, avec leur légèreté, leur grande dureté, leur résistance à l'usure, leur résistance aux hautes températures et leur faible dilatation thermique, ont été largement adoptées dans les roulements de précision et les composants.

La haute dureté du SiC (échelle de Mohs : 9,2-9,6) le rend adapté aux abrasifs tels que les meules, le papier de verre et les pâtes à polir, principalement utilisés dans les industries de transformation mécanique. Le SiC se classe juste en dessous du diamant et du carbure de bore en tant qu'abrasif couramment utilisé.

La fragilité inhérente des céramiques limite leur application dans l'aérospatiale et d'autres domaines de haute technologie. Le renforcement du SiC avec des fibres améliore la résistance et le module. Les composites à base de SiC, avec leur haute ténacité, résistance et excellente résistance à l'oxydation, sont largement utilisés dans les applications structurales à haute température dans l'industrie aérospatiale.