Brevet FR2004575A1 — publié le 19691128

L'invention est relative à un procédé de fabrication d'objets en carbure de silicium avec mise en oeuvre d'un liant temporaire et cuisson de la pièce moulée brute. Il est déjà connu de fabriquer des objets en carbure de silicium, en formant des pièces moulées brutes à partir de carbure de silicium en poudre avec mise en oeuvre de liants temporaires, tels que des résines phénol-formaldéhyde, des résines époxy ou des résines de polyesters, et en soumettant ces pièces brutes à la cuisson à l'abri de l'oxygène. Les inconvénients résultant de l'utilisation des liants temporaires connus consistent en l'important retrait apparaissant dans la plupart des cas au cours de la fabrication des pièces moulées brutes et en la forte porosité, après cuisson, des produits finis. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients inhérents aux procédés connus et, en particulier, de permettre la fabrication de pièces moulées en carbure de silicium qui, après cuisson, ne sont pas poreuses. Pour ce faire, conformément à l'invention, on mélange du carbure de silicium et/ou du silicium métallique pulvérulents avec du polyacrylonitrile en poudre, on convertit ce mélange en une pâte à l'aide d'un solvant du polyacrylonitrile, on moule cette pâte par compression, on sèche les pièces moulées à des températures comprises entre 20 et 210 C et on chauffe les pièces moulées séchées à l'abri de l'oxygène jusqu'à des températures comprises entre 1200 et 1500"C, les conditions de montée en température de l'étage de cuisson étant régulières, la vitesse de montée en température étant de 10 à 100"C par heure. On utilise le carbure de silicium etZou le silicium métallique sous la forme de poudres, dont la granulométrie est avantageusement de 0,01 à 0,1 mm, de préférence de 0,05 à 0,08 mm. Dans le procédé selon l'invention, on peut mettre en oeuvre du carbure de silicium, des mélanges de carbure de silicium et e silicium métallique ou du silicium métallique seul. Dans le premier cas, on obtient une pièce constituée par du carbure de silicium lié au carbone. En utilisant des mélanges de carbure de silicium et de silicium métallique ou du silicium métallique seul on obtient, suivant lesjquantitésde silicium métallique et de polyacrylonitrile mises en oeuvre, des pièces moulées, liées au carbone, au silicium ou au carbure de silicium. Dans ces derniers cas, on utilise avantageusement des quantités équivalentes de silicium métallique et de polyacrylonitrile, afin d'obtenir des pièces moulées liées au carbure de silicium. La quantité de polyacrylonitrile, mise en oeuvre, dépend du genre des objets en carbure de silicium qu'on désire fabriquer. Dans le cas de l'utilisation de carbure de silicium seul, des quantités de 1 à 15 % par rapport à la masse totale sont suffisantes. Lorsqu'on utilise des mélanges de carbure de silicium et de silicium métallique ou de la poudre de silicium métallique seule, la quantité de polyacrylonitrile dépend d'une part de la quantité de silicium métallique et d'autre part de ce qu'on désire obtenir, à savoir des objets liés uniquement au carbure de silicium ou liés au carbone. En principe, on peut toutefois mettre en oeuvre des quantités de polyacrylonitrile comprises entre 1 et 60 %. Comme solvant du polyacrylonitrile, on peut utiliser tous les composés connus à cet effet, tels que le diméthylsulfoxyde, le carbonate d'éthylène, la butyrolactone, l'-acide nitrique concentré et, de préférence, le diméthylformamide. Les quantités de solvant ne sont pas critiques. Toutefois, il est avantageux d'utiliser des quantités de 5 à 30 % par rapport au polyacrylonitrile. A partir de la masse ainsi obtenue, on forme ensuite des pièces brutes par moulage par compression ou par coulée en barbotine, puis on sèche. Les pièces séchées sont d'une solidité suffisante pour qu'on puisse leur donner, sans autres précautions, la forme désirée par des traitements mécaniques tels que le tournage, le rabotage, le sciage ou le découpage. La vitesse de montée dn température préférentielle pour la cuisson est de 20 à 600C par heure. Ci-après on donne quelques exemples pour illustrer l'invention. EXEMPLE 1 .- On mélange 95 X de carbure de silicium d'une granulométrie inférieure ou égale à 0,1 mm avec 5 % de poudre de polyacrylonitrile ; par addition de 12 % de diméthylformamide on amène le mélange à un état qui se prête au moulage par compression (consistance de la terre humide). A partir de la masse ain Si obtenue, on forme ensuite, dans un moule préparé d'avance,des 2 prismes sous une pression de 300 kgtcm . On sèche ensuite les pièces moulées durant 6 heures dans une étuve à 100"C et, une fois le séchage terminé, on coupe la pièce brute à la scie en deux morceaux.On soumet les deux morceaux à la cuisson, l'un dans un four à vide sous une pression d'environ 50 mm de Hg, l'autre dans un four sous une atmosphère d'azote, en faisant monter la température à une vitesse de 50"C par heure. On termine la cuisson à la température de 1200 C. La résistance à la pression à froid des pièces moulées est, avant cuisson, d' 2 2 environ 60 kg/cm , après cuisson de 250 kg/cm2. EXEMPLE 2 .- On mélange 80 % de carbure de silicium d'une granulométrie inférieure à 0,1 mm, 10 % de poudre de silicium métallique d'une granulométrie inférieure à 88/i et 10 % de polyacrylonitrile avec 6 % de diméthylformamide et on forme , à partir de la masse ainsi obtenue, par moulage sous une pression 2 de 400 kg/cm , des prismes qu'on sèche ensuite durant vingt- quatre heures à la température ambiante. On effectue la cuisson subséquente en faisant monter la température , à une vitesse de 500C par heure, jusqu'à 1500"C, l'azote étant utilisé comme gaz de protection.Les pièces moulées en carbure de silicium résultantes sont liées au carbure de silicium formé secondairement leur résistance à la pression à froid avant la cuisson est de 2 300 kg/cm2. EXEMPLE 3.- A partir de 95 % de carbure de silicium d'une granulométrie inférieure à 0,1 mm, de 3 % de poudre de polyacrylonitrile et de 15 % de diméthylformamide, on forme une masse pour coulée en barbotine. A partir de cette masse, on fabrique des creusets qu'on sèche durant sept heures à la température de1000 On effectue la cuisson, en faisant monter la température de 400C par heure jusqu'à 1400 OC. Les creusets ainsi obtenus sont étanches et présentent une résistance à la pression à froid de 200 2 kg/cm2. EXEMPLE 4 .- A partir de 50 % de silicium métallique d'une granulométrie inférieure à 0,1 mm, de 50 % de poudre de polyacrylonitrile et de 10 % de diméthylformamide , on établit une masse pour moulage par compression et on constitue à partir de cette masse les lamelles de 10 mm d'épaisseur qu'on fait cuire, après séchage, avec une vitesse de montée en température de 100 C par heure jusqu'à la température de 1200 C. La résistance à la pression à 2 froid de ces lamelles, avant cuisson, est de 50 kg/cm ; après cuisson elle est de 200 kg/cm2. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'objets en carbure de silicium avec mise en oeuvre d'un liant temporaire et cuisson de la pièce moulée brute, caractérisé en ce que l'on mélange du carbure de silicium et/ou du silicium métallique pulvérulents avec du polyacrylonitrile en poudre, que l'on convertit ce mélange en une pâte à l'aide d'un solvant du polyacrylonitrile, que lton moule cette pate par compression, que l'on sèche les pièces moulées à des températures de 20 à 2100C, de préférence de 25 à 100"C et que l'on chauffe les pièces moulées séchées,à l'abri de l'oxygè ne, jusqu'à des températures comprises entre 1200 et 1500"C, la cuisson étant effectuée sous des conditions de montée en température régulières, la vitesse de montée en température étant de 10-100 C par heure. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1' on effectue la cuisson avec une vitesse de montée en température de 20 à 600C par heure. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise du diméthylformamide comme solvant pour lepolyacrylonitrile. 4. Procédé selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'on utilise le polyacrylonitrile en des quantités comprises entre 1 et 60 % par rapport à la masse totale.