Le carbure de silicium li\u00e9 au nitrure ne b\u00e9n\u00e9ficie pas de la m\u00eame attention que le SiC li\u00e9 par r\u00e9action ou le SiC fritt\u00e9. Ce n\u2019est pas grave. Il est bien occup\u00e9 \u00e0 soutenir les wagons de four, \u00e0 rev\u00eatir les cellules d\u2019aluminium et \u00e0 subir une abrasion \u00e0 laquelle les briques li\u00e9es \u00e0 l\u2019oxyde ne r\u00e9sisteraient pas. J\u2019ai pass\u00e9 suffisamment de temps \u00e0 c\u00f4toyer le NSiC \u2014 \u00e9galement not\u00e9 NBSiC ou SiC li\u00e9 au nitrure \u2014 pour l\u2019affirmer sans d\u00e9tour : il ne s\u2019agit pas d\u2019une \u201c version \u00e9conomique \u201d du SiC dense. C\u2019est un mat\u00e9riau diff\u00e9rent, destin\u00e9 \u00e0 une autre fonction.<\/p>\n
Sur le papier, la recette est simple. On prend des grains de carbure de silicium, on y ajoute du silicium m\u00e9tallique, on donne la forme souhait\u00e9e, puis on proc\u00e8de \u00e0 la cuisson sous azote. Le silicium se transforme en nitrure de silicium, et ce nitrure devient le liant qui maintient les grains de SiC ensemble. Les compositions typiques se situent autour de 70 \u00e0 80% de SiC et de 20 \u00e0 30% de Si\u2083N\u2084. Le retrait lors de la nitruration est faible, ce qui permet de fabriquer de grandes plaques, des briques et des formes complexes sans le probl\u00e8me de d\u00e9formation que l'on rencontre avec certaines autres c\u00e9ramiques.<\/p>\n
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La densit\u00e9 se situe g\u00e9n\u00e9ralement entre 2,6 et 2,8 g\/cm\u00b3. La porosit\u00e9 ouverte des nuances standard se situe souvent entre 12 et 17%. Cette porosit\u00e9 est la premi\u00e8re chose que les gens interpr\u00e8tent mal. Elle ne constitue pas un d\u00e9faut en soi. C\u2019est ce qui permet au mat\u00e9riau de r\u00e9sister \u00e0 des chocs thermiques qui fissureraient un corps enti\u00e8rement dense, et c\u2019est pourquoi il est plus l\u00e9ger que le SiC li\u00e9 par r\u00e9action utilis\u00e9 dans un wagon de four. Certaines qualit\u00e9s modernes sont soumises \u00e0 une nouvelle cuisson ou formul\u00e9es de mani\u00e8re \u00e0 obturer les pores superficiels \u00e0 l\u2019aide d\u2019une couche de silice. Celles-ci se comportent davantage comme un r\u00e9fractaire \u00e9tanche que comme une \u00e9ponge.<\/p>\n
Sa r\u00e9sistance est inf\u00e9rieure \u00e0 celle du SiSiC dense. Le module de rupture \u00e0 temp\u00e9rature ambiante des nuances courantes de SiSiC cuit au four et r\u00e9fractaire peut atteindre quelques dizaines de MPa, et non les 250 MPa souvent cit\u00e9s pour les poutres en SiSiC li\u00e9 par r\u00e9action. Ce qui importe, c\u2019est ce qui se passe \u00e0 haute temp\u00e9rature. Le carbure de silicium li\u00e9 par nitrure conserve une capacit\u00e9 de charge bien sup\u00e9rieure au seuil \u00e0 partir duquel le silicium libre pr\u00e9sent dans le SiC li\u00e9 par r\u00e9action commence \u00e0 ramollir. La plage de temp\u00e9rature d\u2019utilisation pratique est souvent cit\u00e9e entre 1 450 et 1 600 \u00b0C, en fonction de l\u2019atmosph\u00e8re, de la charge et du type de mat\u00e9riau (corps fin moul\u00e9 par coul\u00e9e en barbotine ou brique press\u00e9e \u00e0 grain plus grossier). Si vous vous fiez aux chiffres marketing sans v\u00e9rifier les conditions d\u2019utilisation, vous finirez quand m\u00eame par d\u00e9former une plaque.<\/p>\n
Sa conductivit\u00e9 thermique est bonne par rapport \u00e0 celle de la cordi\u00e9rite ou de la mullite, mais g\u00e9n\u00e9ralement inf\u00e9rieure \u00e0 celle du RBSiC dense. Son coefficient de dilatation est faible. C\u2019est cette combinaison, associ\u00e9e \u00e0 la liaison nitrure, qui permet aux \u00e9l\u00e9ments de r\u00e9sister aux cycles de chauffage et de refroidissement sans pr\u00e9senter de microfissures d\u00e8s le mardi.<\/p>\n
D'un point de vue chimique, il r\u00e9siste bien \u00e0 de nombreux environnements industriels. L'aluminium fondu et la cryolite en sont des exemples c\u00e9l\u00e8bres : le SiC li\u00e9 au nitrure est devenu le mat\u00e9riau de pr\u00e9dilection pour les parois lat\u00e9rales des cellules de r\u00e9duction, car le carbone br\u00fblait et les briques d'oxyde ne r\u00e9sistaient pas. Il r\u00e9siste \u00e9galement mieux \u00e0 l\u2019abrasion, \u00e0 de nombreux types de scories et aux gaz pollu\u00e9s pr\u00e9sents dans les cyclones qu\u2019une brique en SiC \u00e0 liant argileux. Il n\u2019est toutefois pas indestructible. Les alcalis forts, une nitruration insuffisante laissant des r\u00e9sidus de silicium libre et une oxydation mal ma\u00eetris\u00e9e au niveau de la face chaude finiront tout de m\u00eame par l\u2019\u00e9roder.<\/p>\n
Les accessoires de four font partie de notre quotidien. Des plaques, des supports, des tiges et des poutres utilis\u00e9s dans la fabrication d\u2019articles sanitaires, de vaisselle, de porcelaine \u00e9lectrique et de c\u00e9ramiques techniques. Par rapport \u00e0 la cordi\u00e9rite, ils permettent d\u2019atteindre des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es, de supporter des charges plus importantes, d\u2019utiliser des sections plus fines et de r\u00e9duire la masse morte dans le four. Ce dernier point n\u2019est pas de la po\u00e9sie. Une masse de mobilier r\u00e9duite signifie plus de pi\u00e8ces et moins de combustible par cycle.<\/p>\n
L'aluminium est l'autre grand domaine d'application. Les blocs des parois lat\u00e9rales des cuves d'\u00e9lectrolyse doivent pr\u00e9senter une bonne conductivit\u00e9 thermique, une r\u00e9sistance m\u00e9canique \u00e9lev\u00e9e et une r\u00e9sistance aux produits chimiques du bain. Le NSiC r\u00e9pond \u00e0 ces exigences \u00e0 un co\u00fbt acceptable pour les usines. La partie inf\u00e9rieure de la chemin\u00e9e d\u2019un haut fourneau, les zones d\u2019usure des installations de valorisation \u00e9nerg\u00e9tique des d\u00e9chets et les rev\u00eatements de cyclones dans les secteurs minier ou \u00e9nerg\u00e9tique ob\u00e9issent \u00e0 la m\u00eame logique : des grains de SiC durs, un liant r\u00e9sistant \u00e0 la chaleur et une forme permettant une installation sous forme de brique ou de pi\u00e8ce moul\u00e9e.<\/p>\n
On trouve \u00e9galement des pi\u00e8ces d'usure \u2014 dalles, buses, \u00e9l\u00e9ments de pompe \u2014 lorsque l'environnement est chaud et abrasif, mais qu'une porosit\u00e9 quasi nulle, comme celle du SiC li\u00e9 par r\u00e9action, n'est pas n\u00e9cessaire. Si la boue est froide et que le seul ennemi est l'abrasion par glissement, un rev\u00eatement dense en SiSiC dure souvent plus longtemps. Si l\u2019ennemi est \u00e0 la fois la chaleur, l\u2019abrasion et les cycles thermiques, le NSiC s\u2019av\u00e8re alors \u00eatre un choix judicieux.<\/p>\n
Le carbure de silicium obtenu par liaison par r\u00e9action est plus dense, plus r\u00e9sistant et pr\u00e9sente une structure plus compacte. Il permet de fabriquer d\u2019excellentes poutres, rouleaux et pi\u00e8ces d\u2019usure de pr\u00e9cision \u00e0 des temp\u00e9ratures inf\u00e9rieures \u00e0 environ 1 350\u20131 380 \u00b0C. Au-del\u00e0 de cette temp\u00e9rature, c'est le silicium libre qui devient le facteur limitant. Le NSiC ne contient pas cette r\u00e9serve de m\u00e9tal dans sa microstructure, ce qui lui permet de fonctionner \u00e0 des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es. C'est \u00e9galement le choix le plus judicieux pour les pi\u00e8ces r\u00e9fractaires de grande taille, pour lesquelles l'infiltration de silicium dans un bloc g\u00e9ant n'est pas l'objectif recherch\u00e9.<\/p>\n
Le SiC recristallis\u00e9 r\u00e9siste \u00e0 des temp\u00e9ratures encore plus \u00e9lev\u00e9es et reste plus propre dans certaines atmosph\u00e8res de four, mais il est plus poreux et g\u00e9n\u00e9ralement moins r\u00e9sistant. Le SiC li\u00e9 par des oxydes est moins cher, mais pr\u00e9sente des performances inf\u00e9rieures en termes de r\u00e9sistance \u00e0 la chaleur et aux chocs. Le SiC fritt\u00e9 est la version haut de gamme, plus dense, et son prix est \u00e0 l'avenant. Le NSiC se positionne dans la gamme o\u00f9 les usines ont besoin des performances du SiC sous forme de grandes pi\u00e8ces sans avoir \u00e0 acheter une c\u00e9ramique de laboratoire.<\/p>\n
Une nitruration incompl\u00e8te est un \u00ab tueur silencieux \u00bb. Un bloc peut para\u00eetre en bon \u00e9tat \u00e0 l\u2019ext\u00e9rieur tout en cachant du silicium r\u00e9siduel ou un c\u0153ur fragile. Dans une cellule en aluminium, cela se traduit par une corrosion pr\u00e9coce. Dans une plaque de four, cela se traduit par une oxydation qui pulverise la surface et r\u00e9duit la r\u00e9sistance. La pr\u00e9sence d\u2019humidit\u00e9 dans un corps poreux, suivie d\u2019une cuisson rapide, est un autre cas classique. La vapeur se moque bien de votre planning de production.<\/p>\n
On a \u00e9galement tendance \u00e0 appliquer une r\u00e9flexion trop rigide \u00e0 un mat\u00e9riau poreux. Le NSiC n'est pas un tube herm\u00e9tique. Si l'atmosph\u00e8re peut y p\u00e9n\u00e9trer, l'oxydation et les r\u00e9actions chimiques li\u00e9es \u00e0 la condensation ont leur importance. Et si l'application concerne une boue \u00e0 grande vitesse \u00e0 une temp\u00e9rature mod\u00e9r\u00e9e, vous avez peut-\u00eatre souscrit une assurance contre les chocs thermiques dont vous n'aviez pas besoin.<\/p>\n
N\u2019envoyez pas simplement une \u201c brique en SiC \u201d en esp\u00e9rant que cela suffise. Pr\u00e9cisez qu\u2019il s\u2019agit d\u2019un mat\u00e9riau li\u00e9 au nitrure. Indiquez la temp\u00e9rature maximale, l\u2019atmosph\u00e8re, la charge, la dur\u00e9e du cycle et la composition chimique \u2014 bain d\u2019aluminium, vapeur alcaline, cendres volantes, coulures d\u2019\u00e9mail, tout ce qui entre r\u00e9ellement en contact avec la pi\u00e8ce. Demandez la densit\u00e9, la porosit\u00e9 apparente, le module de rupture \u00e0 chaud et la teneur r\u00e9siduelle en silicium libre. Pour les accessoires de four, demandez si la pi\u00e8ce est moul\u00e9e par coul\u00e9e en barbotine \u00e0 grain fin ou press\u00e9e \u00e0 grain grossier. Ces deux types de produits ne s\u2019usent pas et ne conduisent pas la chaleur de la m\u00eame mani\u00e8re.<\/p>\n
Le SiC li\u00e9 par nitrure est le mat\u00e9riau que l'on utilise lorsque les \u00e9l\u00e9ments en oxyde sont us\u00e9s, que le SiC li\u00e9 par r\u00e9action pr\u00e9sente des limites de temp\u00e9rature trop strictes ou qu'il est trop co\u00fbteux pour les grandes sections, et que l'usine doit continuer \u00e0 fonctionner. Ce n'est pas tr\u00e8s glamour. C\u2019est la plaque qui sort droite du four, la paroi lat\u00e9rale qui ne s\u2019affaisse pas et le rev\u00eatement qui est toujours en place apr\u00e8s la derni\u00e8re campagne de production. Choisissez la qualit\u00e9 en fonction de l\u2019usage pr\u00e9vu et elle restera telle quelle.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Hotter Than RBSiC, Tougher Than the Old Bricks: A Practical Guide to Nitride Bonded Silicon Carbide Nitride bonded silicon carbide does not get the same attention as reaction bonded SiC or sintered SiC. That is fine. It is busy holding up kiln cars, lining aluminum cells, and taking abrasion that oxide-bonded brick cannot survive. I […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[],"class_list":["post-54","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-news"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/54","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=54"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/54\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":56,"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/54\/revisions\/56"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=54"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=54"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/nitridebondedsic.com\/fr_ca\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=54"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}