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Carbure de silicium

Le carbure de silicium, également appelé carborundum, est un composé fabriqué à partir de silicium et de carbone. Ce composé chimique se trouve dans un minéral appelé moissanite. La forme naturelle du carbure de silicium doit son nom à un pharmacien français appelé Dr Ferdinand Henri Moissan. La moissanite se trouve généralement en très petite quantité dans les météorites, la kimberlite et le corindon. Par conséquent, la plupart des carbures de silicium commerciaux sont synthétiques. Bien qu'il soit difficile de trouver du carbure de silicium naturel sur Terre, il est assez abondant dans l'espace. Le carbure de silicium est l'un des composés chimiques les plus utiles au monde aujourd'hui. Son application touche un grand nombre d'industries.

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Français NY TWO GLOBAL est fortement présent dans l'industrie des réfractaires et des abrasifs depuis dix ans. En combinant des sources et une équipe d'experts optimisée, nous élargissons nos activités dans les secteurs des alliages, des big bags et de la vente au détail. Nous possédons deux usines BFA détenues à 100 % et une usine de big bags. En investissant dans d'autres usines réfractaires, nous renforçons notre position de production et de contrôle qualité pour un meilleur prix. Matières premières réfractaires et abrasives : carbure de silicium, alumine fondue blanche, alumine tabulaire blanche, carbure de silicium noir, mullite fondue, bauxite, magnésie fondue, magnésie calcinée à mort, alumine calcinée, etc. Alliage : ferromanganèse à haute-moyenne-faible teneur en carbone, ferrochrome à haute teneur en carbone, ferrochrome à faible teneur en carbone, silicomanganèse, ferrosilicium, silicium métal, manganèse métal, fils fourrés, incoulants, etc.

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Tests et inspections de données en temps réel pour chaque phase de production par notre propre laboratoire.

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Grâce à une forte présence en Chine, en Inde, en Turquie, en Europe et aux États-Unis, nous entretenons des liens étroits avec les principaux acteurs de chaque secteur.

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Carbure de silicium

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Qu'est-ce que le carbure de silicium

Avantages du carbure de silicium

Excellentes performances à haute température
Le point de fusion des produits en carbure de silicium est aussi élevé que 2700 degrés, ce qui peut maintenir sa stabilité structurelle et sa résistance dans des environnements à haute température, il est donc largement utilisé dans les métaux fondus à haute température, les fours de chauffage à haute température, la pétrochimie à haute température et d'autres domaines.

Forte résistance à la corrosion
Le carbure de silicium présente une excellente résistance à la corrosion et peut fonctionner de manière stable pendant une longue période dans des environnements acides, alcalins et oxydants.

Dureté élevée et résistance élevée
Le carbure de silicium a une dureté et une résistance supérieures à celles des matériaux céramiques traditionnels, il présente donc une bonne résistance à l'usure et aux chocs.

Excellente conductivité thermique et conductivité électrique
Le carbure de silicium a une conductivité thermique élevée et une excellente conductivité électrique, il est donc largement utilisé dans la fabrication de composants électroniques et de radiateurs haute puissance.

Propriétés du SiC

Polytypisme du SiC
Le SiC est connu pour son polytypisme (différentes structures cristallines), généré par l'empilement de Si et de C le long de l'axe principal (axe C). L'empilement AaBbCcAaBbCc génère un réseau de blende de zinc 3C-SiC, AaBbAaBb génère du 2H-SiC avec un réseau wurtzite et AaBbAaCcAaBbAaC génère un réseau 4H-SiC. Différentes formes cristallines avec un nombre variable d'atomes par cellule unitaire affectent les propriétés physiques des polytypes en raison des bandes d'énergie électronique et des branches vibrationnelles variables.

Structure de la bande
Les différentes formes cristallines du SiC ont des tailles de bande interdite variables, allant de 2,4 eV (3C-SiC) à 3,35 eV (2H-SiC), qui sont cruciales pour déterminer leurs propriétés électroniques et optiques. Les polytypes SiC sont des semi-conducteurs indirects, ce qui signifie que le polytype avec la plus petite bande interdite (3C-SiC) à celui avec la plus grande bande interdite (2H-SiC) nécessite la participation de phonons (modes vibrationnels quantifiés). Bien que les polytypes SiC soient des semi-conducteurs indirects, ils sont d'excellents candidats pour les applications de puissance.

Dopage
Le dopage est une méthode physique utilisée pour obtenir les propriétés électriques souhaitées du SiC. Dans ce processus, un élément, soit un accepteur (aluminium/bore/gallium) soit un donneur (azote/phosphore), est introduit au stade de la croissance cristalline pour modifier sa conductivité. La diffusion n'étant pas une méthode réalisable pour doper le SiC, l'implantation ionique avec activation du dopant par chauffage à haute température est utilisée pour doper le SiC. Des études antérieures ont rapporté le succès du dopage du SiC avec de l'azote pour des applications telles que la réduction des pertes de puissance dans les structures de dispositifs de puissance verticaux et les applications haute fréquence.

Propriétés électriques
Le dopage involontaire avec des donneurs d'azote pendant le processus de croissance indique qu'ils ont un excès d'électrons pendant le processus de croissance, révélant une conductivité de type n dans le SiC. Les atomes d'azote dopés remplacent les atomes de carbone sur les sites du réseau, faisant varier les énergies d'ionisation en raison d'environnements locaux différents et d'un effet d'interférence spécifique. De plus, les mesures de Hall aident à déterminer la concentration des donneurs d'azote, en supposant une distribution égale entre les différents sites du réseau.

Stabilité chimique
Le SiC subit une oxydation facile et forme un film de dioxyde de silicium (SiO2), qui entrave progressivement le processus d'oxydation. Cependant, si des substances capables de supprimer ou de briser le film de dioxyde de silicium sont présentes simultanément, le SiC peut être davantage oxydé. Le SiC ne se dissout pas facilement dans les acides ou les bases, mais peut être facilement attaqué par les mélanges alcalins. Les principales impuretés présentes dans le SiC comprennent le C et le SiO2 et la quantité d'impuretés varie en fonction du type de produit.

Application du carbure de silicium

01/

Le carbure de silicium utilisé dans les blindages pare-balles militaires
Le carbure de silicium est utilisé pour fabriquer des blindages pare-balles. La propriété de ce composé qui le rend applicable à cet usage est sa dureté. Les balles et autres objets dangereux devront lutter contre les blocs de céramique durs formés par le carbure de silicium. Les balles ne peuvent pas pénétrer les blocs de céramique.

02/

Le carbure de silicium utilisé dans les semi-conducteurs
Le carbure de silicium devient un semi-conducteur lorsque des dopants lui sont ajoutés. Les dopants comme le bore et l'aluminium ajoutés au carbure de silicium en font un semi-conducteur de type p. D'autre part, les dopants comme l'azote et le phosphore ajoutés au carbure de silicium en font un semi-conducteur de type n. Vous pouvez lire cet article pour plus d'informations sur les différences entre les semi-conducteurs de type p et les semi-conducteurs de type n.

03/

Le carbure de silicium utilisé dans les abrasifs
Le carbure de silicium est couramment utilisé comme abrasif en raison de sa dureté. Il est utilisé dans la fabrication de meules, d'outils de coupe et de papier de verre. Les abrasifs au carbure de silicium sont généralement moins chers que les autres abrasifs de qualité similaire. Les abrasifs sont utilisés pour meuler des matériaux tels que l'acier, l'aluminium, la fonte et le caoutchouc.

04/

Le carbure de silicium utilisé dans les véhicules électriques
Le carbure de silicium est un meilleur choix que le silicium pour alimenter les véhicules électriques. Les véhicules électriques alimentés au carbure de silicium sont très efficaces et rentables. À l'heure actuelle, de nombreuses entreprises renommées ont utilisé le carbure de silicium pour améliorer l'efficacité et l'autonomie lors de la fabrication de véhicules électriques, comme Tesla.

05/

Le carbure de silicium utilisé en bijouterie
Structurellement similaire au diamant, mais plus brillant, moins cher, plus durable et plus léger que le diamant, le carbure de silicium est une alternative bien méritée au diamant dans l'industrie de la bijouterie.

06/

Le carbure de silicium utilisé dans les carburants
Outre ses autres utilisations, le carbure de silicium est également utilisé comme combustible. Il est utilisé dans la fabrication de l'acier et produit un acier plus pur que la plupart des autres combustibles. C'est également un combustible moins cher et plus respectueux de l'environnement.

Comment choisir le carbure de silicium

Identifier vos besoins réfractaires
La première étape dans le choix d'un matériau réfractaire adapté consiste à identifier les besoins spécifiques de l'application. Tenez compte de la plage de températures à laquelle le réfractaire doit résister, de l'environnement chimique et de l'application spécifique. Cela permettra d'affiner les choix et de garantir que le matériau réfractaire approprié est sélectionné.

Recherche sur les matériaux réfractaires
Une fois vos besoins identifiés, il est essentiel de rechercher les différents types de matériaux réfractaires disponibles. Tenez compte de la résistance aux chocs thermiques, de la résistance chimique et d'autres facteurs importants.

Tenez compte de votre budget
Lors du choix d'un matériau réfractaire, il est essentiel de tenir compte du budget. Les différents matériaux réfractaires ont des prix différents, et il est important de sélectionner un matériau qui corresponde au budget. De plus, il est essentiel de prendre en compte le coût total de possession, y compris les coûts d'installation, d'entretien et de réparation.

Selon la qualification du carbure de silicium
Afin de gagner la confiance des clients, les fabricants de carbure de silicium effectuent généralement une certification de qualité du carbure de silicium. Ainsi, lorsque nous achetons du carbure de silicium, nous pouvons vérifier la qualification du fabricant de carbure de silicium. Plus l'autorité de certification fait autorité, meilleur est le carbure de silicium.

Comment le carbure de silicium est-il fabriqué ?

Méthode Lely

Au cours de ce procédé, un creuset en granit est chauffé à très haute température, généralement par induction, pour sublimer la poudre de carbure de silicium. Une tige de graphite à température plus basse est suspendue dans le mélange gazeux, ce qui permet au carbure de silicium pur de se déposer et de former des cristaux.

Dépôt chimique en phase vapeur

Les fabricants peuvent également produire du SiC cubique en utilisant le dépôt chimique en phase vapeur, une méthode couramment utilisée dans les processus de synthèse à base de carbone et dans l'industrie des semi-conducteurs. Dans cette méthode, un mélange chimique spécialisé de gaz pénètre dans un environnement sous vide et se combine avant d'être déposé sur un substrat.

Précautions de stockage du carbure de silicium

Stockage ordonné, le même numéro de lot autant que possible dans les rangées, pour éviter les erreurs dans le processus de prélèvement des matériaux.

La micropoudre de carbure de silicium a une forte absorption d'humidité, essayez d'éviter de retirer le film de stockage étanche à l'humidité ; cela peut éviter l'agglomération de l'humidité, raccourcir le temps de séchage.

Dans la mesure du possible, utiliser le principe du premier entré, premier sorti, afin d'éviter l'agglutination des matières premières due à un temps de stockage excessif.

Si la poudre de carbure de silicium ultrafine est dans un emballage cassé pendant le transport, essayez de la stocker séparément pour éviter la pollution par la poussière.

Il est recommandé de fermer l'entrepôt autant que possible, de le stocker séparément et de faire attention à l'humidité, au vent et à la pluie.

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FAQ

Q : À quoi sert le carbure de silicium ?

R : Les éléments en carbure de silicium sont aujourd'hui utilisés dans la fusion du verre et des métaux non ferreux, le traitement thermique des métaux, la production de verre flotté, la production de céramiques et de composants électroniques, les allumeurs de veilleuses pour chauffages au gaz, etc. Les effets aigus (à court terme) suivants sur la santé peuvent survenir immédiatement ou peu de temps après une exposition au carbure de silicium : * Le carbure de silicium peut irriter les yeux et le nez en cas de contact. * Il existe des preuves limitées que le carbure de silicium provoque le cancer chez les animaux. Il peut provoquer le cancer des poumons.

Q : Quelles sont les applications du SiC dans les appareils électroniques ?

R : Le carbure de silicium est un semi-conducteur parfaitement adapté aux applications de puissance, notamment grâce à sa capacité à supporter des tensions élevées, jusqu'à dix fois supérieures à celles utilisables avec le silicium. Les semi-conducteurs à base de carbure de silicium offrent une conductivité thermique plus élevée, une plus grande mobilité des électrons et des pertes de puissance plus faibles. Les diodes et transistors SiC peuvent également fonctionner à des fréquences et des températures plus élevées sans compromettre la fiabilité. Les principales applications des dispositifs SiC, tels que les diodes Schottky et les transistors FET/MOSFET, comprennent les convertisseurs, les onduleurs, les alimentations, les chargeurs de batterie et les systèmes de contrôle de moteurs.

Q : Pourquoi le SiC surpasse le Si dans les applications de puissance ?

R : Bien qu'il soit le semi-conducteur le plus utilisé en électronique, le silicium commence à montrer certaines limites, notamment dans les applications à haute puissance. Un facteur important dans ces applications est la bande interdite, ou l'écart énergétique, offert par le semi-conducteur. Lorsque la bande interdite est élevée, l'électronique qu'il utilise peut être plus petite, fonctionner plus rapidement et de manière plus fiable. Il peut également fonctionner à des températures, des tensions et des fréquences plus élevées que les autres semi-conducteurs. Alors que le silicium a une bande interdite d'environ 1,12 eV, le carbure de silicium a une valeur presque trois fois supérieure, d'environ 3,26 eV.

Q : Pourquoi le SiC peut-il supporter des tensions aussi élevées ?

R : Les composants de puissance, en particulier les MOSFET, doivent être capables de supporter des tensions extrêmement élevées. Grâce à une intensité de claquage diélectrique du champ électrique environ dix fois supérieure à celle du silicium, le SiC peut atteindre une tension de claquage très élevée, de 600 V à quelques milliers de volts. Le SiC peut utiliser des concentrations de dopage plus élevées que le silicium, et les couches de dérive peuvent être très fines. Plus la couche de dérive est fine, plus sa résistance est faible. En théorie, sous une tension élevée, la résistance de la couche de dérive par unité de surface peut être réduite à 1/300 de celle du silicium.

Q : Pourquoi le SiC peut-il surpasser l’IGBT à hautes fréquences ?

R : Dans les applications de haute puissance, les transistors IGBT et bipolaires ont été principalement utilisés dans le passé, dans le but de réduire la résistance de mise en marche qui se produit à des tensions de claquage élevées. Ces dispositifs présentent cependant des pertes de commutation importantes, ce qui entraîne des problèmes de génération de chaleur qui limitent leur utilisation à des fréquences élevées. En utilisant le SiC, il est possible de fabriquer des dispositifs, tels que des diodes à barrière Schottky et des MOSFET, qui atteignent des tensions élevées, une faible résistance de mise en marche et un fonctionnement rapide.

Q : Quelles impuretés sont utilisées pour doper le carbure de silicium ?

R : Sous sa forme pure, le carbure de silicium se comporte comme un isolant électrique. Avec l'ajout contrôlé d'impuretés ou de dopants, le SiC peut se comporter comme un semi-conducteur. Un semi-conducteur de type P peut être obtenu en le dopant avec de l'aluminium, du bore ou du gallium, tandis que les impuretés d'azote et de phosphore donnent naissance à un semi-conducteur de type N. Le carbure de silicium a la capacité de conduire l'électricité dans certaines conditions mais pas dans d'autres, en fonction de facteurs tels que la tension ou l'intensité du rayonnement infrarouge, de la lumière visible et des rayons ultraviolets. Contrairement à d'autres matériaux, le carbure de silicium est capable de contrôler les régions de type P et de type N requises pour la fabrication de dispositifs sur de larges plages. Pour ces raisons, le SiC est un matériau adapté aux dispositifs de puissance et capable de surmonter les limitations offertes par le silicium.

Q : Comment les semi-conducteurs SiC peuvent-ils obtenir une meilleure gestion thermique que le silicium ?

R : Un autre paramètre important est la conductivité thermique, qui est un indice de la capacité du semi-conducteur à dissiper la chaleur qu'il génère. Si un semi-conducteur n'est pas capable de dissiper efficacement la chaleur, une limitation est introduite sur la tension et la température de fonctionnement maximales que le dispositif peut supporter. C'est un autre domaine dans lequel le carbure de silicium surpasse le silicium : la conductivité thermique du carbure de silicium est de 1490 W/mK, contre 150 W/mK pour le silicium.

Q : Comment se déroule le temps de récupération inverse du SiC par rapport au Si-MOSFET ?

A : Les MOSFET SiC, comme leurs homologues en silicium, ont une diode interne. L'une des principales limitations offertes par la diode interne est le comportement indésirable de récupération inverse, qui se produit lorsque la diode s'éteint alors qu'elle transporte un courant direct positif. Le temps de récupération inverse (trr) devient donc un indice important pour définir les caractéristiques d'un MOSFET. La figure 2 montre une comparaison entre le trr d'un MOSFET à base de Si de 1 000 V et d'un MOSFET à base de SiC. Comme on peut le voir, la diode interne du MOSFET SiC est extrêmement rapide : les valeurs de trr et Irr sont si petites qu'elles sont négligeables, et la perte d'énergie Err est considérablement réduite.

Q : Pourquoi la coupure douce est-elle importante pour la protection contre les courts-circuits ?

R : Un autre paramètre important pour un MOSFET SiC est le temps de tenue aux courts-circuits (SCWT). Étant donné que les MOSFET SiC occupent une très petite surface de la puce et ont une densité de courant élevée, leur capacité à résister aux courts-circuits pouvant provoquer des ruptures thermiques a tendance à être inférieure à celle des dispositifs à base de silicium. Dans le cas, par exemple, d'un MOSFET de 1,2 kV avec boîtier TO247, le temps de tenue aux courts-circuits à Vdd=700V et Vgs=18V est d'environ 8-10 μs. Lorsque Vgs diminue, le courant de saturation diminue et le temps de tenue augmente. Lorsque Vdd diminue, moins de chaleur est générée et le temps de tenue est plus long. Étant donné que le temps nécessaire pour éteindre un MOSFET SiC est extrêmement court, lorsque le taux de désactivation Vgs est élevé, un dI/dt élevé peut provoquer de graves pics de tension. Une désactivation douce doit donc être utilisée pour réduire progressivement la tension de grille, en évitant les pics de surtension.

Q : Pourquoi un pilote de grille isolé est-il un meilleur choix ?

R : De nombreux appareils électroniques sont des circuits basse et haute tension, interconnectés les uns aux autres pour effectuer des fonctions de contrôle et d'alimentation. Un onduleur de traction, par exemple, comprend généralement un côté primaire basse tension (circuits d'alimentation, de communication et de contrôle) et un côté secondaire (circuits haute tension, moteur, étage de puissance et circuits auxiliaires). Le contrôleur situé du côté primaire utilise normalement des signaux de rétroaction du côté haute tension et est susceptible d'être endommagé si aucune barrière d'isolation n'est présente. Une barrière d'isolation isole électriquement les circuits du côté primaire au côté secondaire en formant des références de terre séparées, mettant en œuvre ce que l'on appelle l'isolation galvanique. Cela empêche les signaux CA ou CC indésirables d'être transférés d'un côté à l'autre, ce qui pourrait endommager les composants d'alimentation.

Q : Quelles sont les principales utilisations du carbure de silicium ?

R : Le carbure de silicium est un abrasif très populaire dans la taille moderne en raison de sa durabilité et du coût relativement faible du matériau. Il est donc essentiel pour l'industrie de l'art. Dans l'industrie manufacturière, ce composé est utilisé pour sa dureté dans plusieurs processus d'usinage abrasifs tels que le rodage, le meulage, la découpe au jet d'eau et le sablage.

Q : Commentaire sur la dureté du carbure de silicium ?

R : Le carbure de silicium a la capacité de former une substance céramique extrêmement dure, ce qui le rend utile pour les applications dans les freins et les embrayages automobiles, ainsi que dans les gilets pare-balles. En plus de conserver sa résistance jusqu'à 1400 degrés, cette céramique présente la plus grande résistance à la corrosion parmi toutes les céramiques avancées.

Q : Le carbure de silicium est-il soluble dans l’eau ?

R : Le carbure de silicium est insoluble dans l'eau. Cependant, il est soluble dans les alcalis fondus (tels que NaOH et KOH) et également dans le fer fondu. Le carbure de silicium peut être considéré comme un composé organosilicié.

Q : Pourquoi le carbure de silicium est-il si cher ?

R : Le coût d'une seule puce en carbure de silicium (SiC) peut varier en fonction de plusieurs facteurs, notamment l'application spécifique, la taille, la complexité et le processus de fabrication. En général, les puces SiC ont tendance à être plus chères que les puces en silicium traditionnelles en raison des matériaux avancés et des techniques de fabrication utilisées.

Q : À quoi sert le carbure de silicium ?

R : Étant donné que son grain se fracture facilement et conserve une action de coupe nette, les abrasifs en carbure de silicium sont généralement utilisés pour meuler des matériaux durs à faible résistance à la traction tels que le fer refroidi, le marbre et le granit, et des matériaux qui nécessitent une action de coupe nette tels que les fibres, le caoutchouc, le cuir ou le cuivre. Fragile : Les produits en carbure de silicium sont fragiles et ne conviennent pas à certains environnements avec de grosses particules et une usure facile. 4. Mauvaise usinabilité : L'usinabilité des produits en carbure de silicium est médiocre et le traitement est difficile, il est donc difficile de fabriquer des produits en carbure de silicium avec des formes complexes

Q : Le carbure de silicium est-il à l’épreuve des balles ?

R : Les matériaux céramiques, comme le carbure de silicium (SiC), sont considérés comme idéaux pour arrêter les balles de fusil en raison de leur résistance et de leur robustesse impressionnantes. Le SiC peut être combiné avec des matériaux de support et inséré dans des gilets de protection pour assurer une protection corporelle vitale contre tout projectile à grande vitesse. Le carbure de silicium est présent dans la nature sous la forme d'un minéral extrêmement rare connu sous le nom de moissanite, qui a été découvert pour la première fois en 1893 dans le cratère météoritique Canyon Diablo en Arizona.

Q : Le carbure de silicium se dissout-il dans l’eau ?

R : Le carbure de silicium est insoluble dans l'eau. Cependant, il est soluble dans les alcalis fondus (tels que NaOH et KOH) ainsi que dans le fer fondu. En juillet 2022, MIT News a annoncé que l'arséniure de bore cubique pourrait être une alternative possible au silicium. L'arséniure de bore cubique est plus performant que le silicium pour conduire la chaleur et l'électricité.

Q : Le carbure de silicium est-il plus résistant que le diamant ?

R : Le carbure de silicium est dur avec une dureté Mohs de 9,5, ce qui le place au deuxième rang après le diamant le plus dur au monde. De plus, le carbure de silicium a une excellente conductivité thermique. C'est une sorte de semi-conducteur et peut résister à l'oxydation à haute température. Le carbure de silicium (SiC), également connu sous le nom de carborundum, est un composé de silicium et de carbone de formule chimique SiC.

Q : Quel est le meilleur carbure de silicium ou carbure de tungstène ?

A : Le carbure de silicium sous forme de poudre augmente considérablement la résistance à la compression et à la traction [19]. Le carbure de tungstène (WC) est utile car c'est un matériau de protection contre les radiations. Le WC sous forme de nano-poudre offre une meilleure protection contre les radiations et une meilleure résistance à la compression. Tesla a annoncé un nouveau groupe motopropulseur pour un futur véhicule qui comporte 75 % de composants en carbure de silicium en moins. Les fabricants de puces impliqués dans le carbure de silicium ont été surpris par la nouvelle, bien que l'acteur clé de l'industrie Aehr Test Systems ne considère pas que l'annonce de Tesla aura un impact important sur la demande future.

Q : Le carbure de silicium peut-il couper le verre ?

R : Les meules en carbure de silicium sont utiles pour couper le verre, le quartz, la céramique, le titane, le tungstène, le zirconium, l'uranium, le béryllium et le germanium, les fibres, les plastiques (tels que les phénoliques) et les plastiques renforcés de fibres. Les principaux dangers sont le contact cutané avec un cancérigène probable ou l'inhalation de silice cristalline qui pourrait endommager vos poumons. Certains États des États-Unis, le New Jersey en est un exemple, classent le carbure de silicium comme une substance dangereuse.

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