Brevet FR2053222A1 — publié le 19710416

La présente invention est relative à la fabrication de produits au nitrure de silicium. Elle concerne plus particulièrement un procédé pour la fabrication d'un produit au nitrure de silicium, caractérisé en 5 ce que la poudre de nitrure de silicium est mélangée avec des fibres de carbone revêtues d'un liant qui facilite la liaison du carbone et du nitrure de silicium, mais qui empêche toute réaction entre le carbone et le nitrure de silicium» le mélange étant ensuite comprimé à chaud pour former le produit désiré. Le liant peut 8tre dépose en une ou plusieurs couches. Les fibres de carbone sont utilisées pour augmenter la solidité moyenne du produit en nitrure de silicium mais, si ces fibres ne sont pas enrobées, elles réagissent sur le nitrure de silicium pour former du carbure de silicium, l'épaisseur de la couche 15 de carbure de silicium étant absolument incontrfilée, ce qui détruit l'effet favorable des fibres de carbone. Dans un exemple préféré, on commence par enrober les fibres avec du carbure de silicium, puis avec du nitrure de silicium. Le carbure de silicium empêche la réaction entre le oarbone et le nitrure de sili-20 cium, en donnant lieu à une couche dont l'épaisseur est connue et contrôlée, préférablement de l'ordre de 1 micron } le nitrure de silioium forme ensuite la matière désirée pour lier les fibres de carbone à la poudre de nitrure de silicium. De plus, l'enrobage des fibres de carbone augmente la résistance à l'oxydation 2 5 à haute température des fibres au sein du produit en nitrure de silicium lorsque cc produit est utilisé. Suivant un exemple de l'invention, on coupe de petites fibres de carbone à partir d'un faisceau de fibres de carbone, du genre de ceux qui sont vendus sous la dénomination commerciale 30 "type HM-S" par la Société "Courtaulds Limited", Les fibres de carbone sont ensuite placées sur une sole réfractaire puis chauffées sous vide dans un four conventionnel à des températures comprises entre 1 100°C et 1 ^00°C afin de nettoyer ces fibres. L'atmosphère dans le four est ensuite remplacée, pour passer du 35 vide à un mélange d'hydrogène et de méthyltrichlorosilane afin de déposer une oouche de carbure de silicium sur les fibres de carbone. La température est réglée à 1 J»50°C et, en utilisant l'atmosphère précitée, le carbure de silicium se dépose à raison de 0,5 millimètre par heure, le dépôt étant poursuivi Jusqu'à ^0 constitution sur les fibres, d'une couche sans tensions internes 70 20070 2 2053222 d'une épaisseur comprise entre 0,1 et 2 microns, préfcrablement égale à 1 micron* On change ensuite l'atmosphère pour la remplacer par un mélange de silane et de gaz ammoniac avec excès d'hydrogène afin de déposer une couche de nitrure de silicium. 5 En utilisant cette atmosphère et en réglant la température du four à 1 000°C, on observe un dépôt de nitrur« de silicium à un taux de 100 angstrora/minute, le dépôt se poursuivant jusqu'à obtenir une couche de nitrure de silicium d'une épaisseur de 1 micron sur les fibres de carbone gainées de carbure de slli— 10 cium. Les particules ainsi enrobées sont mélangées à de la poudre de nitrure de silicium, puis pressées à chaud à la manière habituelle pour obtenir un produit au nitrure de silicium* On constate que la valeur moyenne de la résistance au cisaillement 15 du produit est augmentée, tandis que se trouve resserrée la plage de dispersion des valeurs de cette résistance au cisaille* ment pour un lot de produits { ce resserrement de la plage de dispersion est considérable dans le cas des fibres de carbone gainées selon l'invention aveo du carbure de silicium et du 20 nitrure de silicium» Suivant une variante, on utilise des filaments de carbone déjà revêtus dans le faisceau, et qu'on coupe ensuite pour foraer les fibres* Cette disposition donne satisfaction dans certains cas, bien que les extrémités des fibres ne soient alors pas 25 enrobées* Suivant une autre variante, on utilise seulement la couche de carbure de silicium précitée pour revêtir les fibres de carbone qu'on mélange ensuite à la poudre de nitrure de silicium pour comprimer l'ensemble et former un produit au nitrure de 30 silicium* La valeur moyenne de la résistance au cisaillement de ce produit s'avère plus faible que celle d'un produit à fibres de carbone enrobées à la fois avec du nitrure de silicium et du carbure de silicium» Cependant, dans l'exemple précité, la variation de la valeur de la résistance au cisaillement dans un lot de 35 produits contenant des fibres enrobées seulement avec du carbure de silicium s'est avérée nettement inférieure à ceqjalbn observe pour des produits sans fibres de carbone* On pourrait utiliser d'autres matériaux réfractaires à la place du carbure de silicium décrit dans les exemples précités | 2+0 par exemple, on pourrait utiliser du carbure de bore, du nitrure 28070 3 2053222 de bore, du diborure de zirconlum, ou du diborure de titanium. Cependant, l'emploi de ces autres matières dépend des températu» res auxquelles le produit final au nitrure de silicium sera soumis en service. Ainsi, seul le carbure de silicium est possi— ble pour des températures de fonctionnement supérieures à 1 000°C, alors qu'au—dessous de 1 000°C, on pourrait utiliser du carbure de bore, du diborure de zirconlum ou du diborure de titanium, tandis qu'au—dessous de 700°C, on pourrait employer du nitrure de bore» 70 28070 k 2053222 REVENDICATIONS M s «aQ M3»n-=-> = M 1- Procédé pour la fabrication d'un produit au nitrurt de silicium, caractérisé en ce que de la poudre de nitrure de 5 silicium est mélangée à des fibres de carbone revttues d'un liant qui participe à la liaison du carbone et du nitrure de silicium, mais erapiche toute relation entre le carbone et le nitrure de silicium, le mélange étant enfin pressé à chaud pour former le produit* 10 2» Procédé suivant la revendication 1( caraotérisé en ce que le liant est une couche de carbure de silicium. 3~ Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le liant comprend une oouche de carbure de silicium pour empêcher la réaction entre le carbone et le nitrure de silicium, 15 et une couche de nitrure de silicium pour ooopérer à la liaison du oarbont et du nitrure de silicium* k— Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3» oaraotérisé en oe que la couche de carbure de silicium possède une épaisseur oomprise entre 0,1 et 2 microns* 20 5- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la couche de carbure de silicium a une épaisseur de 1 micron* 6- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3» k et 5» caractérisé en ce que la couche de nitrure de silicium 25 a une épaisseur de 1 micron* 7— Procédé suivant la revendication 1, caraotérisé en oe que le liant comprend une couche d'une matière réfractaire chol-sie dans le groupe du oarbure de bore, du nitrure de bore, du diborure de zirooniua et du diborure de titanium* 30 8- Procédé suivant la revendication 7i oaraotérisé en ce que le liant comprend en outre une couche de nitrure de silicium.