Les céramiques spéciales désignent une classe de céramiques aux propriétés mécaniques, physiques ou chimiques particulières. Les matières premières utilisées et les technologies de production requises diffèrent considérablement de celles des céramiques ordinaires et de leur développement. Selon leurs caractéristiques et leurs utilisations, les céramiques spéciales se divisent en deux catégories : les céramiques structurelles et les céramiques fonctionnelles. Parmi elles, les céramiques structurelles désignent les céramiques utilisables comme matériaux de structure technique, présentant généralement une résistance élevée, une dureté élevée, un module d'élasticité élevé, une résistance aux hautes températures, à l'usure, à la corrosion, à l'oxydation et aux chocs thermiques, entre autres caractéristiques.
Il existe de nombreux types de céramiques structurelles, leurs avantages et leurs inconvénients, et la direction d'application des avantages et des inconvénients sont différents, parmi lesquels la « céramique au nitrure de silicium » en raison de l'équilibre des performances dans tous les aspects, est connue comme la performance globale la plus excellente dans la famille des céramiques structurelles, et a une gamme d'applications extrêmement large.
Avantages des céramiques en nitrure de silicium
Le nitrure de silicium (Si3N4) peut être divisé en composés à liaison covalente, dont l'unité structurale est le tétraèdre [SiN4]. Les positions spécifiques des atomes d'azote et de silicium sont illustrées sur la figure ci-dessous : le silicium est au centre du tétraèdre, les quatre sommets sont occupés par des atomes d'azote, et chaque tétraèdre sur trois partage un atome, s'étendant ainsi constamment dans l'espace tridimensionnel. Enfin, la structure en réseau est formée. De nombreuses propriétés du nitrure de silicium sont liées à cette structure tétraédrique.
Le nitrure de silicium possède trois structures cristallines : les phases α, β et γ, les plus courantes. Grâce à la forte cohésion des atomes d'azote, le nitrure de silicium présente une résistance mécanique élevée, une dureté élevée et une bonne résistance aux températures élevées, atteignant HRA91 à 93. Il présente également une bonne rigidité thermique et peut supporter des températures élevées de 1 300 à 1 400 °C. Sa faible réaction chimique avec le carbone et les éléments métalliques entraîne un faible coefficient de frottement. Il est autolubrifiant et donc résistant à l'usure. Sa forte résistance à la corrosion, outre l'acide fluorhydrique, est insensible aux autres acides inorganiques. Il résiste également à l'oxydation à haute température. Il présente également une bonne résistance aux chocs thermiques. Un refroidissement brusque à l'air puis un chauffage brusque ne provoquent pas d'effritement. Le fluage des céramiques en nitrure de silicium diminue à haute température et leur déformation plastique lente est faible sous l'action de températures élevées et de charges fixes.
De plus, les céramiques en nitrure de silicium présentent également une résistance spécifique élevée, un mode spécifique élevé, une conductivité thermique élevée, d'excellentes propriétés électriques et d'autres avantages, elles ont donc une valeur d'application particulière dans les environnements extrêmes tels que les températures élevées, les vitesses élevées, les milieux fortement corrosifs, et sont considérées comme l'un des matériaux céramiques structurels les plus prometteurs pour le développement et l'application, et deviennent souvent le premier choix dans de nombreuses applications qui doivent être testées.
Date de publication : 15 août 2023