Grâce à ses excellentes propriétés physiques, le carbure de silicium fritté par réaction est largement utilisé comme matière première chimique majeure. Ses applications se répartissent en trois catégories : la production d’abrasifs ; la fabrication de composants pour résistances chauffantes (barres en silicium-molybdène, tubes en silicium-carbone, etc.) ; et la fabrication de produits réfractaires. En tant que matériau réfractaire spécifique, il est utilisé dans la sidérurgie pour la fabrication de hauts fourneaux, de cubilots et autres procédés d’emboutissage, ainsi que pour la protection contre la corrosion et les dommages, notamment pour la production de pièces résistantes au feu. Dans les fonderies de métaux rares (zinc, aluminium, cuivre), il sert à la fabrication de charges pour fours de fusion, de tubes de convoyeurs pour métal en fusion, de dispositifs de filtration, de creusets, etc. Dans le secteur spatial, il est utilisé pour la fabrication de tuyères de moteurs d’emboutissage et d’aubes de turbines à gaz à haute température. Dans l’industrie des silicates, il entre dans la composition de nombreux fours industriels, de charges pour fours à résistance de type caisson et de bassins de fusion. Enfin, dans l’industrie chimique, il est utilisé pour la production de gaz, les carburateurs de pétrole brut, les fours de désulfuration des gaz de combustion, etc.
L'utilisation pure de α-SiC pour la fabrication de produits est complexe en raison de sa résistance relativement élevée. Il est en effet très difficile de le broyer en poudre ultrafine nanométrique, car les particules se présentent sous forme de plaquettes ou de fibres. Même à une température proche de sa température de décomposition, le broyage en une masse compacte ne produit pas de plis significatifs, ce qui empêche le frittage. Le niveau de densification des produits obtenus est faible, de même que leur résistance à l'oxydation. C'est pourquoi, dans la production industrielle, on ajoute une petite quantité de poudre ultrafine sphérique de β-SiC à l'α-SiC, ainsi que des additifs sélectionnés, afin d'obtenir des produits de haute densité. Parmi ces additifs, on trouve, selon leur nature, des oxydes métalliques, des composés azotés, du graphite de haute pureté, ainsi que des argiles, de l'oxyde d'aluminium, du zirconium, du corindon de zirconium, de la poudre de chaux, du verre feuilleté, du nitrure de silicium, de l'oxynitrure de silicium, etc. La solution aqueuse de l'adhésif de formage peut contenir un ou plusieurs des composés suivants : hydroxyméthylcellulose, émulsion acrylique, lignocellulose, fécule de tapioca, solution colloïdale d'oxyde d'aluminium, solution colloïdale de dioxyde de silicium, etc. La température de cuisson du compact varie en fonction du type et de la quantité d'additifs ajoutés, et se situe entre 1 400 et 2 300 °C. Par exemple, un mélange homogène de 70 % d'α-SiC (granulométrie supérieure à 44 µm), 20 % de β-SiC (granulométrie inférieure à 10 µm), 10 % d'argile et 8 % de solution lignocellulosique (4,5 %) est mis en forme sous une pression de 50 MPa, puis cuit à l'air à 1 400 °C pendant 4 heures. Le produit obtenu présente une densité apparente de 2,53 g/cm³, une porosité apparente de 12,3 % et une résistance à la traction de 30 à 33 MPa. Les propriétés de frittage de plusieurs types de produits avec différents additifs sont répertoriées dans le tableau 2.
De manière générale, les réfractaires en carbure de silicium fritté par réaction présentent des propriétés de haute qualité à tous égards, telles qu'une résistance à la compression élevée, une excellente résistance aux chocs thermiques, une bonne résistance à l'usure, une conductivité thermique élevée et une résistance à la corrosion par solvants sur une large plage de températures. Cependant, leur principal inconvénient réside dans leur faible pouvoir antioxydant, ce qui entraîne une dilatation volumique et une déformation à haute température, réduisant ainsi leur durée de vie. Afin d'améliorer la résistance à l'oxydation de ces réfractaires, de nombreuses études ont été menées sur la couche de liaison. L'utilisation de la fusion d'argile (contenant des oxydes métalliques) n'offre pas un effet tampon suffisant ; les particules de carbure de silicium restent donc exposées à l'oxydation et à la corrosion par l'air.
Date de publication : 21 juin 2023