Un article sur la compréhension des caractéristiques et des domaines d'application de la céramique au carbure de silicium

Un article sur la compréhension des caractéristiques et des domaines d'application de la céramique au carbure de silicium

1、 La céramique en carbure de silicium et leurs caractéristiques de performance

Au 21e siècle, avec le développement de la science et de la technologie, information, énergie, les matériaux et la bio-ingénierie sont devenus les quatre piliers du développement de la productivité sociale. Le carbure de silicium se caractérise par des propriétés chimiques stables, haute conductivité thermique, faible coefficient de dilatation thermique, faible densité, bonne résistance à l'usure, haute dureté, haute résistance mécanique et résistance à la corrosion chimique, Il s'est développé rapidement dans le domaine des matériaux et est largement utilisé dans des champs tels que les roulements à billes en céramique, vannes, Matériaux semi-conducteurs, gyroscopes, mesurer les instruments, aérospatial, etc..

La céramique en carbure de silicium a commencé à se développer dans les années 1960, Avant lequel le carbure de silicium était principalement utilisé pour les matériaux de broyage mécanique et les matériaux réfractaires. Les pays du monde entier attachent une grande importance à l'industrialisation des céramiques avancées, Et maintenant, ils ne sont plus satisfaits de préparer la céramique traditionnelle en carbure de silicium. Les entreprises qui produisent des céramiques de haute technologie se développent plus rapidement, en particulier dans les pays développés. Au cours des dernières années, Les céramiques multiphasées basées sur les céramiques en carbure de silicium ont émergé l'une après l'autre, Amélioration de la ténacité et de la résistance des matériaux individuels. Les quatre principaux domaines d'application du carbure de silicium sont la céramique fonctionnelle, Matériaux réfractaires avancés, abrasifs, et matières premières métallurgiques.

2、 Exemples d'application de céramique en carbure de silicium

1. Outils abrasifs en carbure de silicium

Le carbure de silicium a une dureté élevée et peut être préparé dans diverses roues de broyage, papier de verre, et les abrasifs, principalement utilisé dans l'industrie de la transformation mécanique. La dureté Mohs du carbure de silicium est 9.2-9.6, juste derrière le diamant et le carbure de bore, et est un abrasif couramment utilisé. La composition chimique des abrasifs en carbure de silicium comprend le carbure de silicium, carbone gratuit, et Fe2O3. La composition chimique spécifique des abrasifs est indiquée dans le tableau 2. Plus le contenu du carbure de silicium est élevé, Plus ses performances de dureté et de broyage. Le carbure de silicium industriel en Chine est principalement utilisé comme abrasif. Les abrasifs sont largement utilisés dans l’industrie, en particulier lors de l'usinage de pièces de haute précision ou dures, et les outils abrasifs sont essentiels.

Les meules sont également des outils essentiels pour meuler les outils de coupe et couper des matériaux durs.. La meule en carbure de silicium est un outil de meulage circulaire solide avec un trou central traversant en résine abrasive et liante, et c'est le plus couramment utilisé dans les moules. Les principaux composants du carbure de silicium sont le carbure de silicium noir et le carbure de silicium vert.. Le carbure de silicium noir a une dureté inférieure à celle du carbure de silicium vert, et est utilisé pour broyer des matériaux de dureté inférieure, tels que la fonte et les matériaux non métalliques; Le carbure de silicium en aluminium convient au meulage d'alliages durs, verre optique, alliage de carbone et similaires. Il existe également un type de carbure de silicium cubique spécialement conçu pour le meulage ultra précis des micro-roulements.. Parmi d'autres abrasifs de même granulométrie, le carbure de silicium cubique a la plus grande efficacité de traitement.

Dans l'industrie automobile, la correspondance entre le segment de piston et le cylindre, entre la soupape et le siège de soupape, et la précision de la transmission et des engrenages nécessitent un traitement par abrasif et par moulage.

2. Matériau composite en carbure de silicium

Composites à base de carbure de silicium (SiC-CMC) ont été largement utilisés dans les structures thermiques à haute température dans le domaine aérospatial en raison de leur haute ténacité, haute résistance, et une excellente résistance à l'oxydation. Le processus de préparation du SiC-CMC comprend le préformage des fibres, traitement à haute température, revêtement mésophase, densification matricielle, et post-traitement. La fibre de carbone à haute résistance a une résistance élevée et une bonne ténacité, et le corps préfabriqué qui en est constitué présente de bonnes propriétés mécaniques.

Le revêtement mésophase (c'est à dire. technologie d'interface) est une technologie clé dans le processus de préparation. Les méthodes de préparation du revêtement mésophase comprennent l'infiltration chimique en phase vapeur (IVC), dépôt chimique en phase vapeur (MCV), viens à gauche (Sol gcl), et pyrolyse par imprégnation de polymères (PLP). Les méthodes CVI et PIP sont les plus adaptées à la préparation de composites à matrice en carbure de silicium..

Les matériaux utilisés pour les revêtements d'interface comprennent le carbone pyrolytique, Nitrure de bore, et carbure de bore, parmi lesquels le carbure de bore fait l'objet d'une attention croissante en tant que revêtement d'interface antioxydant. SiC-CMC, qui est généralement utilisé pendant une longue période dans des conditions d'oxydation, doit également subir un traitement de résistance à l'oxydation en déposant une couche d'environ 100 épais à la surface du produit par le biais du carbure de silicium dense du processus CVD μ M améliore sa résistance à l'oxydation à haute température.

3. Boule en céramique en carbure de silicium

Les boules en céramique en carbure de silicium ont d'excellentes propriétés mécaniques, Excellente résistance à l'oxydation, résistance à l'usure élevée, et coefficient de frottement faible. Les boules de céramique en carbure de silicium ont une résistance élevée à haute température, et la résistance des matériaux en céramique ordinaire diminuera considérablement à 1200 à 1400 degrés Celsius. Cependant, La résistance à la flexion du carbure de silicium reste à un niveau élevé de 500 ~ 600 MPa à 1400 degré Celsius, Ainsi, sa température de travail peut atteindre 1600 à 1700 degrés Celsius.

Portée de l'application de balles en céramique en carbure de silicium: Ils ont été largement utilisés dans des industries telles que le pétrole, génie chimique, microélectronique, automobiles, aérospatial, aviation, papier papillon, lasers, exploitation minière, et énergie atomique. Le carbure de silicium a été largement utilisé dans les roulements à haute température, assiettes, buses, composants résistants à la corrosion à haute température, ainsi que des composants d'équipements électroniques dans la plage des hautes températures et des hautes fréquences.

4. Autres applications

La céramique de carbure de silicium est un matériau idéal pour la fabrication de bagues d'étanchéité. Lorsqu'il est associé à un matériau en graphite, son coefficient de frottement est inférieur à celui de la céramique d'alumine et de l'alliage dur, et il a de bonnes performances autolubrifiantes. Donc, il peut être utilisé pour des valeurs PV élevées, améliorer la durée de vie et la fiabilité de fonctionnement des composants d'étanchéité, notamment dans le transport d'acides et d'alcalis forts.

Les céramiques de carbure de silicium sont largement utilisées dans les blindages pare-balles, comme dans la protection des véhicules et des navires, ainsi que dans la protection des coffres-forts civils et des porte-monnaie. Les performances balistiques des céramiques au carbure de silicium sont meilleures que celles des céramiques à l'oxyde d'aluminium, ce qui est a propos 70% -80% de celui des céramiques de carbure de bore. Cependant, en raison de son petit prix, il est particulièrement adapté aux occasions avec de grandes quantités et une armure de protection qui ne peut pas être trop épaisse ou lourde.

Il existe différents matériaux céramiques utilisés pour les buses, couramment utilisé étant l'alumine, carbure de silicium, et céramiques de carbure de bore. Le prix des buses en céramique d'alumine est bas, mais en raison de leur faible dureté et de leur faible résistance à l'usure, ils sont principalement utilisés dans des situations où la charge de travail de sablage n'est pas élevée. La durée de vie des céramiques de carbure de silicium est 3-5 fois celui de la céramique d'alumine, ce qui équivaut aux alliages durs. Il est souvent utilisé comme substitut aux alliages durs, en particulier dans les conditions de travail des pistolets pulvérisateurs portatifs.

Avec le développement de l'industrialisation, en particulier la mise en œuvre de la norme internationale ISO14000, Des exigences plus élevées ont été proposées pour le transport de liquides qui ne sont pas propices à la protection de l'environnement. Les pompes magnétiques utilisent des joints statiques au lieu de joints dynamiques tels que les joints mécaniques et les joints d'emballage, entraînant des fuites plus petites, Fiabilité plus élevée, et une durée de vie plus longue.

L'exigence de maintenance du temps libre pour les pompes magnétiques est de huit ans, ce qui signifie qu'ils doivent fonctionner en continu pendant huit ans sans démontage. Donc, Des exigences extrêmement strictes sont proposées pour la sélection de matériaux pour les composants de la pompe magnétique. L'arbre de pompe, assiette de poussée, manche, etc.. dans la pompe doit être résistant à l'usure et à la corrosion. Maintenant, seules les céramiques de carbure de silicium sont les matériaux les plus appropriés pouvant répondre aux conditions ci-dessus.