Le nitrure de silicium

Le nitrure de silicium est une céramique technique. Il dispose d’une combinaison unique de propriétés mécaniques, chimiques et thermiques. C’est un matériau relativement léger, résistant bien à des températures élevées avec une particulièrement bonne résistance à l’usure et à l’abrasion mécanique. Il sert à la production de pièces mécaniques utilisées dans des milieux particulièrement exigeants (en termes de température ou d’atmosphère corrosive) pour des utilisations nécessitant des frottements importants. On retrouve cette céramique notamment dans des composants de roulements à billes, sous forme de joints d’étanchéités ou de supports/guides de soudage et de brasage.

Welding pins – full ceramics

Les propriétés du nitrure de silicium

Le nitrure de silicium est une céramique technique que l’on peut retrouver à l’état naturel sous la forme d’un minéral (le nierite, que l’on trouve dans certaine météorites). Elle peut aussi être produite par chauffage d’une poudre de silicium sous atmosphère d’azote de 1300 °C à 1400 °C. On le connait sous la forme de 3 polymorphes : une phase gamma qui est cubique, une phase alpha qui est trigonale et une phase bêta qui est hexagonale.

C’est une céramique particulièrement dure et résistante : elle a une résistance à l’abrasion, une bonne résistance à la corrosion et une haute résistance à l’usure. Elle bénéficie d’une résistance mécanique élevée. Le nitrure de silicium est relativement léger (sa masse volumique est d’environ 3,2 g/cm3). Il résiste bien aux températures élevées : il peut être employé pour la fabrication de pièces utilisées jusqu’à 1200 °C sous air. Ce matériau offre une haute stabilité dimensionnelle, même à haute température. C’est aussi un bon isolant électrique. En outre, le nitrure de silicium offre une faible mouillabilité vis-à-vis des métaux en fusion.

Le nitrure de silicium a une assez bonne inertie chimique : il résiste bien aux produits chimiques mais réagie en présence d’acide sulfurique à chaud ou d’acide fluorhydrique dilué. Il offre aussi une bonne ténacité et une excellente résistance aux impacts et chocs mécaniques.

Matériau Nitrure de silicium StarCeram ® N 7000
Microstructure
Composition (en poids) > 99% Si3N4
Densité 3,22
Porosité ouverte (%) 0
Propriétés mécaniques
Résistance à la compression (MPa) 3000
Résistance à la flexion (MPa) 900
Module d'élasticité (GPa) 310
Propriétés thermiques
Température maximale d'utilisation (°C) 1200
Chaleur spécifique (J/Kg.K) 800
Conductivité thermique à 100 °C (W/m.K) 25
Coefficient de dilatation (10-6/K) 3,4
Propriétés électriques
Résistance à 20°C (ohm.cm) 1011-1012
Résistance à 1000°C (ohm.cm) 107

Quels produits en nitrure de silicium proposons-nous ?

Il n’existe pas de produits standard en nitrure de silicium, nous produisons à la demande selon plans et spécifications clients.

Les pièces en nitrure de silicium sont obtenues en pressage isostatique à froid, usinage en cru et frittage sous pression d’azote. Si les exigences dimensionnelles sont pointues, ou qu’une bonne rugosité est requise, nous pouvons usiner le nitrure de silicium après frittage avec des outils diamantés.

Dans quels domaines le nitrure de silicium est-il utilisé ?

Le nitrure de silicium grâce à ses propriétés thermiques et mécaniques importantes peut être utilisé pour des application avec un environnement tout particulièrement exigeant. En effet, il peut être employé malgré des températures extrêmes, pour des pièces très sollicitées mécaniquement ou dans des environnement corrosifs et abrasifs.

Ce matériau est entre autres utilisé pour la fabrication de nez de bruleur, d’échangeurs thermiques et de supports de cuisson. Grâce à sa faible conductivité électrique, il peut servir de protection les circuits électriques dans l’aéronautique ou de joint d’étanchéité (d’autant plus efficace grâce à sa stabilité dimensionnelle). Cette céramique sert également dans l'usinage sous forme de plaquettes céramiques pour le tournage et le fraisage, la confection de guide fils et d’autres pièces mécaniques fortement sollicitées.

Sa résistance à l’usure en fait un bon choix de matériaux pour des utilisations dans des roulements à billes haute performance et haute vitesse.