Brevet FR2355789A1 — publié le 19780120

La pressente invention concerne les céramiques de carbure de silicium et les proches de realisation de ces cEramiques. On sait realiser des céramiques dense et à grains fins de carbure de silicium par compression a chaud d'une disper-sion constituée d'un melange d'une poudre de carbure de silicium et d'une poudre d'un additif constitue de bore et de carbone ou de carbure de bore. Les céramiques ainsi réalisées sont d'un prix de revient élevé parce que la poudre de carbure de silicium de départ doit contenir untquement du carbure de silicium en phase bdta et que la grosseur des particules du mélange doit être inferieure à un micron. La presente invention a pour but de réaliser une cramique dense de carbure de silicium de façon plus économique, cette cramique présentant a froid et à haute température les excellentes proprietes chimiques et physiques du carbure de silicium. La présente invention a nour objet une ceramique de carbure de silicium, ayant une densite au moins egale 9 95% de la densite théorique de carbure de silicium, céramique constituee de carbure de silicium et d'un additif, caractersée par le fait que ledit additif est choisi dans le groupe formé par SiB4, SiB6, A1B2, A1B12, BN et A14C3, le poids dudit additif représentant 0,5 à 5% du poids de carbure de silicium. La présente invention a aussi pour objet un procédé de realisation d'une céramique de carbure de silicium, comportant successivement les etapes suivantes - formation d'une dispersion homogène dtun mélange d'une poudre de carbure de silicium et d'une poudre d'un additif, - chauffage de ladite dispersion pendant un intervalle de temps suffisant pour que la densite de la céramique obtenue soit au moins egale a 95% de la densite théorique du carbure de silicium, caractérisé par le fait que - ledit additif est choisi dans le groupe forme par SiB4, SiB6, A1B2, AlBl2, BN et A14C3, le poids de la poudre dudit additif représentant 0,5 a 5X du poids de la poudre de carbure de silicium. Ce chauffage est realise de préférence sous pression, la poudre de carbure de silicium etant forgea de particules ayant une grosseur inferieure A 3 microns, la poudre dudit additif etant fondée de particules ayant une grosseur inferieure a 10 microns. A titre illustratif mais nullement limitatif, il est decrit ci-dessous un mode de mise en oeuvre du procede selon l'invention et des exemples de réalisation de la cramique selon l'invention. On dispose au dÉpart d'une poudre de carbure de silicium cowmerciale comprenant environ 30X de carbure de silicium en phase alpha, le reste étant du carbure de silicium en phase béta. La grosseur des particules de cette poudre est inférieure å 3 microns. On dispose aussi d'une poudre d'un additif qui est un des composés suivants : SiB4, SiB6, A1B2, A1B12, BN et A14C3. La grosseur des particules de la poudre de cet additif est inférieure à 10 microns. On effectue un mélange comprenant 100 parties de la poudre de carbure de silicium et 3 parties de la poudre de l'additif choisi. On réalise une dispersion de 100 graines du mélange dans 200 cm3 d'un liquide par exemple de l'éthanol, en disposant le liquide et le mélange de poudres dans une jarre en nylon renfermant des billes d'acier revêtues de téflon et en faisant tourner la jarre pendant deux heures pour réaliser lthomogénéité du mélange. La bouillie ainsi obtenue est successivement séchée, broyée et tamisée a travers une toile de nylon dont les mailles ont une dimension de tordre de 100 microns. Le produit ainsi obtenu est disposé dans une matrice cylindrique en graphite de 25 millimètres de diamètre intérieur puis chauffé à 19500C sous une pression de 500 kg/cm2 pendant 30 minutes dans une atmosphère neutre d'argon. La pression de 500 Kg/cm2 est transmise par un piston en graphite, sur lequel agît un vérin ; cette pression est appliquée des que la température interne de la matrice atteint 18000C et n'est enlevée lors du refroidissement que lorsque la température est redescendue à 18000C. La pression de l'atmosphére neutre est de l'ordre de 1 torr. Suivant les divers modes possibles de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la température de chauffage sous charge peut varier de 1900 21000C et la durée du chauffage de 30 minutes à 5 minutes. te temps de chauffage est en général d'autant plus long que la température de chauffage est moins élevée. La valeur de la pression maintenue pendant le chauffage peut varier dans d'assez larges limites mais doit être supérieure a 250 kg/cm2. La pastille obtenue par le procédé décrit ci-dessus est une céramique de carbure de silicium qui a une densité voisine de la densité théorique du carbure de silicium, sa porosité résiduelle est très faible et n'excède pas 2,5t et la grosseur moyenne des grains est comprise entre 3 et 10 microns selon 11 additif utilisé. On a préparé à partir de telles pastilles des éprouvettes rectangulaires ayant une section de 4mm x 3mn et une longueur de 20 mn. Après polissage h l'aide dtune suspension diamantée dont les grains ont une grosseur de 15 microns, on a mesuré la résistance d la flexion entre deux points de chaque éprouvette espacés de 16 mm. Le tableau ci-dessous donne à la température ambiante, en fonction des différents additifs utilisés, la proportion P de la densité des éprouvettes de céramique par rapport a la densité théorique du carbure de silicium (3,21), ainsi que la grosseur des grains G et la résistance à la flexion moyenne R des éprouvettes. additif p(X) G(microns) P(Kg/mm2) SiB4 99,0 3 52 SiB6 98,7 3 53 AlB2 99,8 10 54,5 A1B12 99,6 6 49 BN 97,5 3 A14C3 100 3 59 Il apparaît que le procédé selon l'invention permet d'éviter la croissance exagérée des grains de carbure de silicium provenant de la transformation à haute température du carbure de silicium de phase béta en carbure de silicium de phase alpha. Ce procédé permet d'obtenir des céramiques à micro structures fines et homogènes, ayant des valeurs de résistance mécanique élevée a température ambiante, ces valeurs se conservant sensiblement jusqu'à des températures de l'ordre de 15000C. Les céramiques selon l'invention sont d'un prix de revient moins élevé que les céramiques selon l'art antérieur cité, car la poudre de carbure de silicium utilisée au départ dans le procédé selon l'invention peut être constituée de particules plus grosses (3 microns) et peut contenir une forte proportion (pouvant atteindre 50%) de carbure de silicium de phase alpha, une telle poudre étant beaucoup moins chers que la poudre de carbure de silicium de phase béta et de grosseur de grains inférieure > un micron utilisée dans les procédés connus. Les céramiques selon l'invention peuvent être appliquées, comme matériau dur et refractaire soit a la réalisation de pieces soumises à des frottements telles que les filières, guide-fils, soit à la réalisation de pièces ou une résistance mécanique élevée est demandée à haute température (pièces de turhines à gaz, outils de coupe). Bien entendu, l'invention ntest nullement limite atix modes de réalisation décrits qui ntont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. RFVENDICATIONS 1/ Céramique de carbure de silicium, ayant une densité moins égale à 95% de la densité théorique du carbure de silicium, céramique constituée de carbure de silicium et d'un additif, caractérisée par le fait que ledit additif est choisi dans le groupe forme par SiB4, SiB6, Ale2, AlB12, BN et Al4C3, le poids dudit additif représentant 0,5 à 5% du poids de carbure de silicium. 2/ Céramique de carbure de silicium selon la revendication 1, caractérisée par le fait que sa densité est sensiblement égale à 99X de la densité théorique du carbure de silicium. 3/ Procédé de réalisation d'une céramique de carbure de silicium, comportant successivement les étapes suivantes - formation d'une dispersion homogène d'un mélange d'une poudre de carbure de silicium et d'une poudre d'un additif - chauffage de ladite dispersion pendant un intervalle de temps suffisant pour que la densité de la céramique obtenue soit au moins égale à 95% de la densité théorique du carbure de silicium, caractérisé par le fait que - ledit additif est choisi dans le groupe formé par SiB4, SiB6, AlR2, AlE12, BN et Al4C3, le poids de la poudre dudit additif représentant 0,5 à 5% du poids de la poudre de carbure de silicium. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit chauffage est effectue sous pression, la poudre de carbure de silicium étant formée de particules ayant une grosseur inférieure à 3 microns, la poudre dudit additif étant formée de particules ayant une grosseur inferieure h 10 microns. 5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pression sous laquelle est effectuée ledit chauffage est au moins égale à 250 kg/cm2. 6/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit chauffage sous pression est effectué dans une atmosphère neutre. 7/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite dispersion est d'abord réalisée dans un liquide, puis séchée, broyée et tamisée avant ledit chauffage. 8/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit chauffage est effectué à une température comprise entre 1900 et 2100 C. 9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la température dudit chauffage est maintenue pendant un intervalle de temps compris entre 5 minutes et 30 minutes.