Composé chimique de carbure de silicium

Carbure de silicium, extrêmement dur, composé cristallin de silicium et de carbone produit par synthèse. Sa formule chimique est SiC. Depuis la fin du 19e siècle, le carbure de silicium est un matériau important pour les papiers de verre, les meules et les outils de coupe. Plus récemment, elle a trouvé une application dans les revêtements réfractaires et les éléments chauffants des fours industriels, dans les pièces résistantes à l'usure pour les pompes et les moteurs-fusées, et dans les substrats semi-conducteurs pour les diodes électroluminescentes.

réfractaire: carbure de silicium

Les céramiques au carbure de silicium (SiC) sont fabriquées par un procédé dénommé réaction bonding, inventé par l'américain Edward G.

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Découverte.

Le carbure de silicium a été découvert par l'inventeur américain Edward G. Acheson en 1891. Tout en essayant de produire des diamants artificiels, Acheson a chauffé un mélange d'argile et de coke en poudre dans un bol en fer, le bol et un arc-lumière ordinaire en carbone servant d'électrodes.. Il a trouvé des cristaux vert vif attachés à l'électrode de carbone et a pensé qu'il avait préparé un nouveau composé de carbone et d'alumine à partir de l'argile. Il a appelé le nouveau composé Carborundum parce que la forme minérale naturelle de l'alumine est appelée corindon. Constatant que les cristaux se rapprochaient de la dureté du diamant et réalisant immédiatement l'importance de sa découverte, Acheson a demandé un brevet américain. Son premier produit a été initialement proposé pour le polissage des pierres précieuses et vendu à un prix comparable à la poussière de diamant naturel. Le nouveau composé, qui pouvait être obtenu à partir de matières premières bon marché et avec de bons rendements, est rapidement devenu un abrasif industriel important.

À peu près au même moment où Acheson a fait sa découverte, Henri Moissan en France a produit un composé similaire à partir d'un mélange de quartz et de carbone; mais dans une publication de 1903, Moissan attribua la découverte originale à Acheson. Du carbure de silicium naturel a été trouvé en Arizona dans la météorite Canyon Diablo et porte le nom minéralogique moissanite.

Fabrication moderne.

La méthode moderne de fabrication du carbure de silicium pour les industries abrasives, métallurgiques et réfractaires est fondamentalement la même que celle développée par Acheson. Un mélange de sable de silice pur et de carbone sous forme de coke finement broyé se forme autour d'un conducteur en carbone dans un four de type résistance électrique en brique. Un courant électrique traverse le conducteur, provoquant une réaction chimique dans laquelle le carbone dans le coke et le silicium dans le sable se combinent pour former du SiC et du monoxyde de carbone. Un fonctionnement du four peut durer plusieurs jours, au cours desquels les températures varient de 2200 ° à 2700 ° C (4000 à 4900 ° F) dans le cœur à environ 1400 ° C (2500 ° F) sur le bord extérieur. La consommation d'énergie dépasse 100 000 kilowattheures par cycle. À la fin de l'analyse, le produit se compose d'un noyau de cristaux de SiC vert à noir tricotés lâchement ensemble, entourés de matières premières partiellement ou entièrement non converties. L'agrégat en morceaux est broyé, broyé et tamisé en différentes tailles appropriées à l'utilisation finale.

Pour des applications spéciales, le carbure de silicium est produit par un certain nombre de processus avancés. Le carbure de silicium lié par réaction est produit en mélangeant de la poudre de SiC avec du carbone en poudre et un plastifiant, en formant le mélange dans la forme souhaitée, en brûlant le plastifiant, puis en infusant l'objet cuit avec du silicium gazeux ou fondu, qui réagit avec le carbone pour former SiC supplémentaire. Des couches de SiC résistantes à l'usure peuvent être formées par dépôt chimique en phase vapeur, un processus dans lequel des composés volatils contenant du carbone et du silicium réagissent à des températures élevées en présence d'hydrogène. Pour les applications électroniques avancées, de gros monocristaux de SiC peuvent être développés à partir de vapeur; la boule peut ensuite être tranchée en plaquettes un peu comme le silicium pour la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs. Pour le renforcement des métaux ou d'autres céramiques, les fibres de SiC peuvent être formées de plusieurs façons, y compris le dépôt chimique en phase vapeur et la cuisson des fibres de polymère contenant du silicium.