Carbure de silicium

Carbure de silicium
Apparence et structure cristalline du carbure de silicium
Général
Nom IUPAC	Carbure de silicium
No CAS	409-21-2
No EINECS	206-991-8
PubChem	9863
SMILES	[C-]#[Si+] PubChem, Vue 3D
InChI	InChI : Vue 3D InChI=1/CSi/c1-2
Apparence	dépendant de la pureté des cristaux jaunes, verts, bleus ou noirs[1].
Propriétés chimiques
Formule brute	CSiSiC
Masse molaire[2]	40,0962 ± 0,0011 g·mol-1 C 29,95 %, Si 70,05 %,
Propriétés physiques
T° fusion	sublimation à 2 700 °C[1]
Solubilité	insoluble dans l'eau[1]. Soluble dans certains métaux fondus (par ex. Ni, Fe, Mo, Mn, W, Ca et autres)
Masse volumique	3,21 g·cm-3
Conductivité thermique	~ 490 W/m/K à 20 °C
Propriétés électroniques
Mobilité électronique	~ 900 cm2/(V·s)
Cristallographie
symbole de Pearson	$hR6\,$[3]
Classe cristalline ou groupe d’espace	R3m, (no160) [3] trigonal Hermann-Mauguin : $R\ 3\ m\,$ Schoenflies : $C^5_{3v}\,$
Structure type	wurtzite[4]
Précautions
Directive 67/548/EEC[5],[6]
Xi
Symboles : Xi : Irritant Phrases R : R40 : Effet cancérogène suspecté. Risque possible d’effets irréversibles. R36/37/38 : Irritant pour les yeux, les voies respiratoires et la peau. Phrases S : S26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste. S36 : Porter un vêtement de protection approprié.
Phrases R : 36/37/38, 40,
Phrases S : 26, 36,
SGH[5],[6]
Attention H315, H319, H335, P261, P305, P338, P351, H315 : Provoque une irritation cutanée H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H335 : Peut irriter les voies respiratoires P261 : Éviter de respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P305 : EN CAS DE CONTACT AVEC LES YEUX: P338 : Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer. P351 : Rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes.
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le carbure de silicium est un minéral presque exclusivement artificiel qui peut être considéré comme un semi-conducteur lorsqu'il est monocristallin ou comme une céramique lorsqu'il est polycristallin. Il est composée de silicium et de carbone (SiC).

Découverte

Ce matériau a été découvert accidentellement par Jöns Jacob Berzelius en 1824 lors d'une expérience pour synthétiser du diamant. Acheson, grâce à ses travaux, fonde la Carborundum Company dans l'intention de produire un abrasif.

Synonymes

• Moissanite, forme naturelle et extrêmement rare du carbure de silicium, tire son nom du chimiste français Henri Moissan (1852-1907), qui a découvert une météorite en Arizona en 1905 composée de petits cristaux naturels de SiC.
• Carborundum, nom populaire de la forme synthétique, qui est une marque déposée.

Obtention

Le carbure de silicium est formé par action à chaud du silicium sur le carbone ou par réduction de la silice par un excès de carbone. Les carbures sont des corps thermiquement stables, durs et chimiquement inertes. Parmi les nombreux polytypes mentionnés plus bas, trois sont rattachables respectivement au diamant, à la sphalérite et à la wurtzite. Les atomes de carbone et de silicium y alternent et y jouent des rôles homologues.

Galerie

• 

  Moissanite artificielle
• 

  Moissanite

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Utilisation

• En bijouterie sous le nom de moissanite ; les gros cristaux de moissanite sont commercialisés en tant qu'imitations du diamant.
• Comme abrasif sous le nom de carborundum (marque déposée de DuPont).
• En électronique comme semi-conducteur à large bande.
• En association avec l'aluminium pour former l'Al-SiC, un isolant électrique aux propriétés thermiques intéressantes.
• En mécanique, par exemple pour faire des paliers.
• Dans la construction de certains fours.
• Dans le processus de fabrication du graphène épitaxié.

Il était autrefois utilisé dans la fabrication de parafoudres, mais a été supplanté par l'oxyde de zinc.

Sa dureté Mohs, très élevée, est de 9,5.

Le carbure de silicium pur est produit en nombreux polytypes, aux propriétés légèrement différentes, les plus importants étant :

• 4H -SiC et 6H -SiC, ou α-SiC, hexagonal ;
• 3C -SiC, ou β-SiC, cubique à faces centrées.

Plusieurs polytypes à longue période sont connus, à symétrie hexagonale, trigonale et rhomboédrique.

La carborandite

La carborandite est un minéral artificiel résultant du chauffage à plus de 1 200 °C d'un mélange de carbone et de silice en présence d'un fondant contenant des éléments métalliques. La couleur du minéral peut varier selon son état d'oxydo-réduction. Elle peut être un déchet lors de la fabrication du carborundum. C'est une pierre très légère et résistante aux chocs.

La carborandite est supposée être composée de carbure de silice.

La dureté de la carborandite est de l'ordre de celle du corindon, soit 9 sur l'échelle de Mohs mais peut parfois rayer le diamant (soit plus de 10 sur l'échelle de Mohs).

La carborandite est de système cristallin monoclinique.

Elle a une densité (ou PS) de 3,21 g/cm³.

Propriétés mécaniques et électriques

• Propriétés mécaniques
  • Dureté : ≈30 GPa
  • Module de Young : ≈450 GPa
  • Résistance à la flexion : ≈400 MPa

• Propriétés électriques
  • Résistance diélectrique : 300 MV.m^-1

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Article interne

• Faux minéral

Références

1. ↑ ^{a, b et c} CARBURE DE SILICIUM (NON FIBREUX), fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
2. ↑ Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007 sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. ↑ ^{a et b} The Moissanite-9R CSi Crystal Structure sur http://cst-www.nrl.navy.mil/. Consulté le 17 décembre 2009
4. ↑ (en) Bodie E. Douglas, Shih-Ming Ho, Structure and Chemistry of Crystalline Solids, Pittsburgh, PA, USA, Springer Science + Business Media, Inc., 2006, 346 p. (ISBN 0-387-26147-8) 
5. ↑ ^{a et b} Entrée de « Silicon carbide » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
6. ↑ ^{a et b} SIGMA-ALDRICH