La poudre de β-SiC (carbure de silicium cubique 3C-SiC) présente une aptitude au frittage nettement supérieure à celle de l’α-SiC (carbure de silicium hexagonal vert/noir). Elle permet une densification par frittage sans pression à basse température, pressage à chaud et pressage isostatique à chaud. Sa structure cristalline cubique lui confère des propriétés thermomécaniques isotropes, avec des grains fins et uniformes. Après frittage à partir d’une poudre de haute pureté, elle peut être transformée en céramiques structurales pour équipements semi-conducteurs, en pièces structurelles résistantes à l’usure et à la corrosion, en éléments de fours haute température et en phases de renforcement pour composites à matrice céramique.
Avantages des matériaux de base pour les céramiques frittées
- Grande aptitude au frittage : comparé à l’α-SiC, le β-SiC se fritte à plus basse température et atteint facilement une densité élevée. Il convient au frittage sans pression pour la production de composants de grandes dimensions et de formes complexes, ce qui réduit la difficulté du frittage et les coûts de production.
- Performances isotropes : Le cristal cubique ne présente aucune différence directionnelle dans ses propriétés thermiques et mécaniques, garantissant une bonne cohérence dimensionnelle et une faible déformation après usinage de précision.
- Grain fin et haute résistance : Les corps frittés présentent des grains fins, une résistance à la flexion élevée et une excellente résistance aux chocs thermiques, résistant à la fissuration sous des cycles de chauffage-refroidissement rapides.
- Résistance à l’usure et à la corrosion et conductivité thermique élevée : résistant à la corrosion par les acides et les bases forts et à l’oxydation à haute température ; conductivité thermique élevée et faible coefficient de dilatation thermique. La qualité haute pureté contient des impuretés métalliques extrêmement faibles pour répondre aux exigences de propreté des semi-conducteurs.
- Modification du dopage disponible : Des performances conductrices ou semi-conductrices peuvent être obtenues par dopage par frittage pour satisfaire aux conditions de fonctionnement électriques.
Principaux scénarios d’application
1. Composants en céramique frittée pour équipements semi-conducteurs (poudre de β-SiC de haute pureté)
Fabriqués à partir de poudre de β-SiC de haute pureté (différente des pièces monolithiques CVD), pour une substitution locale aux procédés de fabrication matures : – Chambre de gravure plasma : anneau de bord, anneau de focalisation, revêtement de chambre, base de support isolante – Équipement de traitement thermique/épitaxie : suscepteur de plaquette, porte-plaquette, palette en porte-à-faux, tube de four, déflecteur de protection thermique – Équipement de rodage et d’inspection : mandrin à vide en céramique, plaquette factice, composants de plateforme de mouvement de précision
Remarque : Le β-SiC fritté est inférieur au CVD-β-SiC monolithique en termes de pureté et de densité, mais il présente des avantages de coût importants pour les applications utilisant des nœuds matures.
2. Céramiques structurales industrielles résistantes à l’usure et à la corrosion
— Joints d’étanchéité mécaniques, paliers en céramique, chemises de soupapes de pompe résistantes à l’usure, buses de sablage, buses de brûleur — Pièces anticorrosion et anti-usure pour les industries chimiques et des métaux non ferreux, contre l’érosion en milieux forts et moyens
3. Composants thermiques du four à haute température
Barres de rouleaux, poutres, plaques d’étagères, supports, creusets, tubes de protection pour thermocouples, tubes de chauffage radiant. Utilisés dans les fours à rouleaux et les fours de traitement thermique, ils offrent une bonne résistance aux chocs thermiques pour les cycles fréquents de montée et de descente en température, et une durée de vie supérieure à celle des éléments de four traditionnels en α-SiC.
4. Phases de renforcement pour les composites à matrice céramique (CMC)
La poudre/les fibres de β-SiC servent de charge de renforcement pour les céramiques composites SiC/SiC, utilisées dans les composants thermostructuraux à haute température et les pièces de protection résistantes aux chocs thermiques pour l’aérospatiale afin d’améliorer la ténacité et la résistance aux chocs thermiques.
5. Composants militaires de protection et spéciaux haute température
Plaques de blindage en céramique pare-balles, composants légers anti-impact ; pièces structurelles haute température résistantes aux radiations pour l’industrie nucléaire, résistantes à la corrosion à haute température et aux dommages causés par les radiations.
Paramètres techniques clés des céramiques β-SiC frittées
| Article | Céramiques β-SiC frittées |
|---|---|
| Phase cristalline | β‑SiC (phase cubique 3C‑SiC) |
| Pureté | ≥99,99 % (qualité semi-conducteur) |
| Densité | 3,18‑3,20 g/cm³ |
| conductivité thermique | 220‑280 W/(m·K) |
| Résistance à la flexion | 420‑520 MPa |
| résistivité volumique | 0,01‑10 Ω·cm (réglable par dopage) |
| température de service maximale | 1400 °C sous vide ; 1700 °C à l’air libre |
