CHAPITRE 7 - ÉTUDE DE CAS
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6.1. Synthèse, nucleation et croissance
du carbure de silicium a haute surface spécifique(l6)
L a synthèse consiste à faire réagir du monoxyde de silicium (SiO) en phase
gazeuse sur du charbon actif, un matériau qui peut avoir de grandes surfaces
spécifiques. La réaction se fait a u sein d’un four à induction séparé en deux
chambres.
Dans un premier étage réactionnel, un mélange de silicium et de silice placé
dans un creuset de graphite permet d’obtenir Si0 par la réaction :
Si + SiO, 2 2 Si0
L a vapeur formée traverse une entretoise de graphite sur laquelle est déposée la
poudre de charbon actif. On a alors la deuxième réaction chimique :
Si0 + 2 C 2 Sic + CO
Au cours de sa synthèse et de sa croissance, le carbure de silicium adopte une
morphologie voisine de celle du charbon actif et on peut alors obtenir des surfaces spécifiques satisfaisantes qui peuvent aller jusqu’à 60 m2/g. Du point de
vue cristallographique, on peut décrire le matériau obtenu comme un carbure
cubique de type 3C présentant de nombreuses fautes d’empilement ou comme
u n polytype hexagonal de Sic avec u n désordre unidirectionnel suivant la famille
de directions < 1 1 1 > qui sont les directions de croissance facile.
Au tout début de la synthèse de ces carbures à haute surface spécifique, on
observe un très grand nombre de nanocristaux de carbure de silicium, bidimensionnels et répartis aléatoirement sur le charbon actif.
Dans les stades ultérieurs du processus, on peut observer l’apparition de
whiskers de carbure de silicium. Sans intérêt pour la catalyse puisque leur surface spécifique est très faible, ils renseignent néanmoins sur le mode de croissance du matériau et sur le rôle des impuretés du matériau de base.
6.2. Mise en evidence
du mécanisme de croissance VLS de whiskers de Sic(”)
Ces whiskers, d’une centaine de nanomètres de diamètre à leur sommet, ont une
longueur pouvant aller jusqu’au micromètre. Ils sont obtenus au cours de la
réaction de formation du carbure de silicium à haute surface spécifique à travers
un mécanisme de croissance de type VLS (vapeur -liquide-solide). Ils sont amorcés par la présence de fer, qui se trouve en impuretés dans le charbon actif et qui
entraîne, à la température de réaction (1 200 “Cl, la formation d’une phase
(16) Benaissa M, Hutchison J.L., Werckmann J . , Guille J . et Ledoux M., HRTEM o n Sic
grown from Si0 a n d C : growth a n d s t r u c t u r a l characterization, J. Cryst. Growth 131
(1993) 5.
(17) Benaissa M., Werckmann J., Ehret G., Guille J. et Peschiera E., HRTEM o n Sic whiskers, integ. Sci. 1 (1993) 91.
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6.1. Synthèse, nucleation et croissance
du carbure de silicium a haute surface spécifique(l6)
L a synthèse consiste à faire réagir du monoxyde de silicium (SiO) en phase
gazeuse sur du charbon actif, un matériau qui peut avoir de grandes surfaces
spécifiques. La réaction se fait a u sein d’un four à induction séparé en deux
chambres.
Dans un premier étage réactionnel, un mélange de silicium et de silice placé
dans un creuset de graphite permet d’obtenir Si0 par la réaction :
Si + SiO, 2 2 Si0
L a vapeur formée traverse une entretoise de graphite sur laquelle est déposée la
poudre de charbon actif. On a alors la deuxième réaction chimique :
Si0 + 2 C 2 Sic + CO
Au cours de sa synthèse et de sa croissance, le carbure de silicium adopte une
morphologie voisine de celle du charbon actif et on peut alors obtenir des surfaces spécifiques satisfaisantes qui peuvent aller jusqu’à 60 m2/g. Du point de
vue cristallographique, on peut décrire le matériau obtenu comme un carbure
cubique de type 3C présentant de nombreuses fautes d’empilement ou comme
u n polytype hexagonal de Sic avec u n désordre unidirectionnel suivant la famille
de directions < 1 1 1 > qui sont les directions de croissance facile.
Au tout début de la synthèse de ces carbures à haute surface spécifique, on
observe un très grand nombre de nanocristaux de carbure de silicium, bidimensionnels et répartis aléatoirement sur le charbon actif.
Dans les stades ultérieurs du processus, on peut observer l’apparition de
whiskers de carbure de silicium. Sans intérêt pour la catalyse puisque leur surface spécifique est très faible, ils renseignent néanmoins sur le mode de croissance du matériau et sur le rôle des impuretés du matériau de base.
6.2. Mise en evidence
du mécanisme de croissance VLS de whiskers de Sic(”)
Ces whiskers, d’une centaine de nanomètres de diamètre à leur sommet, ont une
longueur pouvant aller jusqu’au micromètre. Ils sont obtenus au cours de la
réaction de formation du carbure de silicium à haute surface spécifique à travers
un mécanisme de croissance de type VLS (vapeur -liquide-solide). Ils sont amorcés par la présence de fer, qui se trouve en impuretés dans le charbon actif et qui
entraîne, à la température de réaction (1 200 “Cl, la formation d’une phase
(16) Benaissa M, Hutchison J.L., Werckmann J . , Guille J . et Ledoux M., HRTEM o n Sic
grown from Si0 a n d C : growth a n d s t r u c t u r a l characterization, J. Cryst. Growth 131
(1993) 5.
(17) Benaissa M., Werckmann J., Ehret G., Guille J. et Peschiera E., HRTEM o n Sic whiskers, integ. Sci. 1 (1993) 91.