Barre en céramique à haute température résistante au nitrure de silicium Si3N4 à dureté et résistance à la corrosion de 18 Gpa

Pièces en céramique de traitement faites sur commande de Rod de nitrure de silicium Si3N4 résistantes à hautes températures

En raison de leur excellente résistance à l’usure, à la corrosion, à haute température et à faible densité, les matériaux céramiques sont reconnus comme l’un des nouveaux matériaux les plus dynamiques du 21e siècle. Ils sont classés aux côtés des matériaux métalliques, des matériaux polymères et des matériaux composites parmi les quatre matériaux d'ingénierie contemporains.

Les matériaux céramiques sont divisés en céramiques traditionnelles et céramiques avancées en fonction de leurs performances et de leur utilisation. Les céramiques avancées diffèrent considérablement des céramiques traditionnelles en termes de matières premières, de structure et de techniques de préparation. Leurs performances varient également considérablement, les matériaux céramiques avancés dépassant les alliages modernes de haute qualité et les matériaux polymères dans certaines propriétés.

Le nitrure de silicium (Si3N4) contient trois formes cristallines, dont deux sont courantes : α-Si3N4 (cristaux en forme d'aiguilles, blancs ou blanc cassé) et β-Si3N4 (polyèdre granulaire dense de couleur plus foncée ou prisme court). Les deux sont des structures hexagonales.

• Propriétés thermiques : substance réfractaire à haute température sans point de fusion, se décompose à environ 1 900 °C sous pression normale.
• Forte résistance au fluage sous haute pression
• Le point de ramollissement de la réaction du nitrure de silicium fritté sans liant peut atteindre 1800°C
• Bonne conductivité thermique
• Faible coefficient de dilatation thermique
• Excellentes performances d'isolation électrique avec un faible coefficient diélectrique et une tension de claquage élevée

• Résistance à l'oxydation : Ne réagit pas avec l'oxygène en atmosphère sèche en dessous de 800°C
• Résistance à la corrosion des métaux en fusion : Résiste à l’infiltration et à la corrosion des métaux élémentaires fondus (sauf le cuivre)
• Résistance à la corrosion acide, alcaline et saline : Soluble dans l’acide fluorhydrique, mais résistant aux acides dilués

• Excellente résistance à haute température avec une atténuation minimale à 1 200 °C par rapport à la résistance à température ambiante
• Très faible taux de fluage à haute température grâce à de fortes liaisons covalentes
• Dureté élevée, juste derrière les matériaux ultra-durs comme le diamant, le BN cubique et le B4C
• Faible coefficient de frottement avec des propriétés autolubrifiantes similaires aux surfaces métalliques huilées

Le nitrure de silicium fritté est principalement utilisé dans l'industrie automobile comme matériau pour les composants des moteurs. Les applications incluent des culbuteurs à faible usure dans les moteurs à allumage commandé, des turbocompresseurs pour réduire l'inertie et le décalage du moteur, et des vannes de régulation des gaz résiduaires pour une accélération améliorée.

Les céramiques au nitrure de silicium offrent une excellente résistance aux chocs par rapport aux autres céramiques. Les roulements à billes en nitrure de silicium sont utilisés dans des applications de performance, notamment les moteurs principaux de la navette spatiale de la NASA, les roulements automobiles haut de gamme, les roulements industriels, les éoliennes et divers équipements sportifs.

Le nitrure de silicium monolithique en vrac sert de matériau pour outils de coupe en raison de sa dureté, de sa stabilité thermique et de sa résistance à l'usure. Particulièrement recommandé pour l'usinage à grande vitesse de la fonte, de l'acier dur et des alliages à base de nickel.

Utilisé comme isolants et barrières chimiques dans la fabrication de circuits intégrés, fournissant une isolation électrique et servant de masques de gravure. Supérieur au dioxyde de silicium comme couche de passivation pour les micropuces en raison de meilleures propriétés de barrière de diffusion contre les molécules d'eau et les ions sodium.