Brevet FR2489300A2 — publié le 19820305

FR 2489300 A2 19820305 FR 8018566 A 19800827 Procédé d'élaboration d'une céramique dense en carbure de silicium La présente invention concerne un procédé d'élaboration d'une céramique dense en carbure de silicium, ce procédé ayant fait l'objet d'un brevet principal déposé sous le numéro 79 26 064 le 19 octobre 1979. Selon la revendication 1 du brevet principal ce procédé consiste - à préparer un mélange contenant du carbure de silicium en phase alpha, du bore et un produit carboné, cette préparation comportant un traitement thermique sous vide d'une poudre de carbure de silicium en phase alpha, ce traitement étant effectué à une température supérieure à 1200 C - et à fritter un échantillon de ce mélange sous atmosphère neutre -à une température de l'ordre de 21000C. Dans le brevet principal, la préparation du mélange peut comporter une étape initiale dans laquelle une poudre de bore est ajoutée à la poudre de carbure de silicium, avant le traitement thermique. Dans ce cas, la densité des pièces de céramique obtenues par le procédé peut varier, selon les échantillons, dans une gamme de valeurs relativement large. A titre d'exemple, la densité peut être comprise entre 90 et 98% de la densité théorique du carbure de silicium. La présente invention a pour but de perfectionner le procédé décrit dans le brevet principal, de façon à obtenir des échantillons de céramique ayant une densité plus reproductible. La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'une céramique dense en carbure de silicium, selon la revendication 1 du brevet principal, consistant - à préparer un mélange contenant du carbure de silicium en phase alpha, du bore et un produit carboné, cette préparation comportant un traitement thermique sous vide d'une poudre de carbure de silicium en phase alpha, ce traitement étant effectué à une température supérieure à 12000C - et à fritter un échantillon de ce mélange sous atmosphère neutre à une température de l'ordre de 2100oC, caractérisé en ce que, au cours de la préparation, le bore est ajouté sous forme de poudre après le traitement thermique de la poudre de carbure de silicium en phase alpha. Une forme particulière d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous à titre d'exemple. On utilise au départ une poudre commerciale de carbure de silicium de variété structurale alpha, obtenue par le procédé ACHESON. Dans l'exemple décrit, cette poudre a une surface spécifique de 7 m2/g environ. Elle peut contenir des impuretés comportant principalement de l'oxygène jusqu'à 4 000 p.p.m., des métaux divers et du silicium, combinés ou non à l'oxygène jusqu'à 3 000 p.p.m; Cette poudre est placée dans un creuset en carbone au centre d'un four à résistanee de graphite, ce four étant muni d'une pompe à vide.Avantageusement, afin de diminuer le prix de revient, cette pompe peut être une pompe à vide primaire permettant d'obtenir une pression de l'ordre de 1 torr, mais il est également possible d'utiliser une pompe à vide secondaire permettant d'obtenir un vide de l'ordre de 5 10'6 torr environ. On élève ensuite progressivement la température du four de façon à atteindre une température maximale comprise entre 12000C et 16000C. Si l'on utilise une pompe à vide secondaire, on observe alors une remontée temporaire de la pression dans le four, cette remontée étant provoquée par les gaz qui se dégagent de la poudre. La température maximale est maintenue pendant un intervalle de temps qui peut varier de 5 minutes à 6 heures selon la température, la capacité de pompage et la quantité d'impuretés présente dans la poudre en traitement. De préférence, la température maximale du four est réglée à une valeur élevée sensiblement égale à 16000C de façon à réduire la durée du traitement thermique. A titre d'exemple, un traitement thermique qui s'effectue en une heure à 14000C peut être réalisé en cinq minutes à 16000C. Après le traitement thermique, la poudre possède une surface spécifique de l'ordre de 2 m2/g, et comporte une quantité résiduelle d'oxygène de l'ordre de 500 p.p.m. La diminution de la surface spécifique de la poudre, provoquée par le traitement thermique, correspond en fait à une réduction de la proportion des particules les plus fines de la poudre. Le traitement thermique provoque une perte de poids qui peut atteindre, à titre d'exemple, 6 à 7% du poids de la poudre non traitée. On ajoute à la poudre traitée un pour cent en poids de bore cristaL pulvérulent par dispersion du mélange dans un liquide organique volatif tel que l'essence ou le cyclohexane. La suspension ainsi réalisée est moulue dans un broyeur à billes d'acier. A titre indicatif, pour une suspension contenant 30g de 3 mélange de carbure de silicium-bore dans 140 cm3 de cyclohexane, le broyeur comporte 1,6kg de billes de diamètre 3 mm, en rotation à une vitesse de 300 t/mn pendant 4 heures. La poudre séchée contient une quantité assez importante de fer provenant des billes et du corps du broyeur. Cette poudre subit donc un traitement à l'acide chlorhydrique dilué jusqu'à élimination quasi totale du fer, puis un lavage-à l'eau désionisée acidulée. La suspension résultant du lavage est décantée puis séchée en étuve après élimination de l'eau en excès. La poudre ainsi obtenue possède une surface spécifique de l'ordre de 9 m2 /g. Cette valeur est nettement supérieure à celle (4 m2/g) de la poudre obtenue, à partir d'une poudre initiale analogue, par le procédé selon le brevet principal dans lequel les opérations de traitement thermique et de broyage sont inversées. On réalise ensuite une suspension de la poudre dans de l'eau ou de l'alcool et on ajoute à cette suspension une laque phénolique dont l'extrait sec donne 60% de résidu carboné à la pyrolyse. La suspension contenant la laque est placée dans une jarre en matière plastique, cette jarre contenant des billes d'acier revêtues de polytétrafluoréthylène, puis homogénéisée pendant une heure par rotation de cette jarre. La suspension est alors séchée dans un évaporateur rotatif et la poudre ainsi obtenue est tamisée. On met ensuite en forme un échantillon de la pièce céramique à réaliser. Cette mise en forme est réalisée par exemple par une méthode bien connue qui consiste à presser la poudre dans une matrice en acier à une pression comprise entre 500 et 2000 bars. La mise en forme peut aussi être réalisée par pressage isostatique dans un doigtier en caoutchouc ou par coulage, dans un moule en plâtre, d'unie suspension de la poudre dans de l'eau additionnée d'un matériau défloculant. L'échantillon est enfin fritté sous atmosphère d'argon à une température de l'ordre de 21000C pendant 30 minutes environ. Les pièces de céramique de carbure de silicium obtenues après frittage ont une densité comprise, selon les échantillons entre 95 et 98% de la densité théorique du carbure de silicium. Ces pièces peuvent être utilisées pour la fabrication de composants de turbines à gaz ou de moteurs Diesel. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'élaboration d'une céramique dense en carbure de silicium, selon la revendication 1 du brevet principal, consistant - à préparer un mélange contenant du carbure de silicium en phase alpha, du bore et un produit carboné, cette préparation comportant un traitement thermique sous vide d'une poudre de carbure de silicium en phase alpha, ce traitement étant effectué à une température supérieure à 1200 C, - et à fritter un échantillon de ce mélange sous atmosphère neutre à une température de l'ordre de 21000C, caractérisé en ce que, au cours de la préparation, le bore est ajouté sous forme de poudre après le traitement thermique de la poudre de carbure de silicium en phase alpha. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre de carbure de silicium et de bore est successivement mélangée à un liquide organique volatil, moulue dans un broyeur à billes d'acier et séchée en étuve. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la poudre moulue et séchée subit un traitement à l'acide chlorhydrique suivi d'un lavage à l'eau. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le produit carboné est une laque phénolique, cette laque dissoute dans un solvant étant ajoutée après le lavage à l'eau. 5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la préparation comporte, après addition de la laque, un malaxage dans un broyeur à billes revêtues de polytétrafluoréthylène, un séchage et un tamisage. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du traitement thermique est comprise entre 1200 et 16000C. 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température du traitement thermique est sensiblement égale à 16000C. 8/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé sous un vide primaire de l'ordre de un torr.