EP2424818A1 - Method for producing a powder including carbon, silicon and boron - Google Patents

Method for producing a powder including carbon, silicon and boron

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EP2424818A1
EP2424818A1 EP10719750A EP10719750A EP2424818A1 EP 2424818 A1 EP2424818 A1 EP 2424818A1 EP 10719750 A EP10719750 A EP 10719750A EP 10719750 A EP10719750 A EP 10719750A EP 2424818 A1 EP2424818 A1 EP 2424818A1
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EP
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boron
precursor
silicon
carbon
powder
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EP10719750A
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Hicham Maskrot
Benoît GUIZARD
François TENEGAL
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Definitions

  • the present invention relates to a process for producing a powder comprising carbon, silicon and boron, the silicon being in the form of silicon carbide and the boron being in the form of boron carbide and / or boron alone.
  • Such powders especially because they comprise boron, such as powders comprising less than 5% by weight of boron, are powders which lend themselves easily to sintering and thus to the design of consolidated parts from said powders. .
  • the powders obtained by the process of the invention can find their application in the design of parts obtained by sintering.
  • the powders obtained by the process of the invention can also be used for the design of self-healing matrices, especially when they comprise boron at a content greater than 5% by weight of boron.
  • the self-healing phase of said matrices must have a contact surface with the highest possible oxygen. Due to the surface / volume ratio, the reactivity towards oxygen is increased and boron carbide oxidizes as B2O3 at lower temperatures and kinetically faster.
  • the technique of mechanosynthesis consists of a mechanical grinding, in a device of the grinder or attritor type, of submicron-sized silicon carbide (SiC) and boron carbide (B 4 C) powders for a sufficient time.
  • powders comprising carbon, silicon and boron have been synthesized by sol-gel using silicon-based precursors, carbon-based precursors and boron-based precursors.
  • sol-gel using silicon-based precursors, carbon-based precursors and boron-based precursors.
  • the powders comprising carbon, silicon and boron can be prepared from gaseous precursors using different heat sources such as a laser (in which case we will speak of laser pyrolysis) or a plasma.
  • Vassen et al. (Journal of Materials Science 31 (1996) 3623-3637) have synthesized, by laser pyrolysis, powders comprising both carbon, silicon and boron, from a mixture of precursors: SiH 4 -C 2 H 4 -B 2 H6 with a boron content not exceeding 4% by mass.
  • This method of synthesis has, among others, the disadvantage of using diborane B 2 H 6 , which is an unstable gas with a high cost, and therefore difficult to use for the production of powders having higher levels of boron than the above-mentioned content.
  • Guo et al. (Journal of Materials Science,
  • the powders obtained by this process have a submicron size.
  • a boron content which may be high (for example up to 30% by weight relative to the total mass of the other elements present in the powder);
  • the invention relates to a process for producing a powder comprising carbon, silicon and boron, the silicon being in the form of silicon carbide and the boron being in the form of boron carbide and or boron alone comprising the following steps:
  • a step of subjecting the resulting mixture to laser pyrolysis the boron precursor BX 3 being heated, prior to the contacting step and / or simultaneously with the contacting step, at a temperature above its condensation temperature.
  • the invention comprises a step of heating the boron precursor BX 3 , X being a halogen atom, at a temperature above its condensation temperature before the contacting step. and / or during said contacting step, for example, at a temperature ranging from 40 to 60 ° C.
  • a condensation of the precursor is prevented, before being subjected to pyrolysis, and thus to have a quantity of precursor that can not be incorporated in the powder due to this condensation. Thanks to this step, all the boron resulting from the precursor used in the context of this process will enter into the constitution of the powders.
  • This heating step in that it excludes the condensation of the boron precursor, also prevents the apparatus, in which the process is implemented, from being damaged, for example by clogging of the injection nozzles by the product resulting from the condensation of the boron precursor.
  • the heating step can take place before the contacting step, for example, before contacting the boron precursor with the other precursors (ie, the silicon-based precursor and the precursor-based of carbon), this heating step can be carried out in an enclosure comprising the boron precursor (this chamber may be a bottle having, for example, an outlet pressure of at least 0.4 bar) and / or in the injection pipe of said precursor for conveying said precursor into the chamber where it will be brought into contact with the other precursors.
  • this chamber may be a bottle having, for example, an outlet pressure of at least 0.4 bar
  • the heating step may make it possible, in addition to avoiding the condensation of BX 3 , to increase the flow rate of BX 3 , and in particular to have access to a flow rate sufficient to obtain large quantities of powder (for example, a rate of at least 100 g / h).
  • the heating step can also take place during the contacting step in which case the heating step will concern all the precursors contacted during this step. It is not excluded within the meaning of the invention that the heating step can take place at a time before the contacting step and during the contacting step, so that there is no condensation of the boron precursor before the pyrolysis step.
  • the boron precursor may be BCI3 boron trichloride.
  • the boron precursor is boron trichloride BCI3
  • the latter may be heated prior to the contacting step and / or simultaneously with the contacting step at a temperature ranging from 40 ° C. to 50 ° C. 0 C.
  • the method of the invention comprises a step of contacting, prior to laser pyrolysis, a boron precursor BX 3 , X being a halogen atom, a precursor based on carbon and a precursor based on silicon.
  • the boron precursor is boron trichloride.
  • the carbon-based precursor may be a compound selected from alkanes, such as methane, alkenes, such as ethylene and alkynes, such as acetylene.
  • the carbon-based precursor may be a gaseous alkyne, such as acetylene C2H2, which has the particularity of being very reactive during the pyrolysis step, because it decomposes more rapidly than the methane CH 4 and ethylene C2H4 and at lower temperature.
  • acetylene C2H2 gaseous alkyne
  • the silicon-based precursor is preferably a silane compound, such as SiH 4 .
  • the boron-based precursor is BCI3
  • the carbon-based precursor is C2H2 acetylene
  • the silicon-based precursor is SiH 4 , this precursor mixture being advantageous from a cost point of view and having also thermokinetic properties particularly suited to the process of the invention, in particular to obtain homogeneous powders in terms of size and composition.
  • the carbon-based precursor, the silicon precursor and the boron precursor are conventionally contacted in a mixing chamber, which can be heated to a temperature above the condensation temperature of the precursor based on silicon. boron.
  • the introduction of the carbon-based precursor, the silicon-based precursor and the boron-based precursor is advantageously carried out separately in the enclosure, so that there is no contact precursors before contacting in the enclosure. This also makes it possible to avoid chemical reactions between the precursors before they are introduced into the mixing chamber.
  • the mixing chamber can be provided with three separate injection ports.
  • the injection of the precursors into the chamber takes place vertically, which means, in other words, that the precursors are injected into a vertical enclosure in the upper part thereof and are concentrated by the effect of gravity in the lower part of the enclosure after introduction.
  • the precursors are introduced at predetermined flow rates according to the desired powder characteristics (in terms in particular of boron content, carbon content and silicon content).
  • the resulting mixture is then subjected to a laser pyrolysis step.
  • Laser pyrolysis is based on the interaction between gaseous precursors (in this case, the carbon-based precursor, the boron precursor, and the silicon-based precursor) and a laser , generally a CO2 laser, which interaction results in a resonance between the emission spectrum of the laser and the absorption spectrum of the precursors.
  • Absorption is the excitation of the vibrational levels of the precursor molecules, which absorb the energy of the laser radiation.
  • the energy of the excited precursor molecules propagates from molecules to molecules, causing the dissociation thereof to form a supersaturated vapor, in which the nucleation and growth of the constituent particles of the powder occur.
  • a so-called "incandescent" flame can then be observed.
  • the particles formed undergo a quenching effect at the flame outlet, which has the effect of stopping the growth of the particles.
  • the mixture obtained during the aforementioned mixing step is conventionally injected via an injection nozzle into a laser pyrolysis chamber, where a laser beam is emitted.
  • the pressure in the pyrolysis chamber can range from 100 mbar to 900 mbar.
  • the laser used may be a gas laser, in particular a carbon dioxide laser capable of emitting in the infrared (their main wavelength band being centered between 9.4 and 10.6 ⁇ m).
  • the power of such a laser can be up to 20000 W, for example ranging from 200 to 700 W.
  • Each fraction of the mixture i.e., the mixing fraction passing through the laser beam
  • a short residence time for example from 1 to 10 ms and at a temperature ranging from 1000 ° C. to more than 2500 ° C. .
  • nanoscale powders comprising carbon, silicon and boron, the silicon being in the form of silicon carbide, the boron being in the form of boron carbide and / or free boron, the carbon in addition to its presence in the form of carbide (s) may also be in the form of free carbon.
  • the powders obtained have a narrow size distribution and may have a boron content ranging from 1 to 30% by weight relative to the total mass of the other elements present in the powder.
  • the powder obtained advantageously consists of nanometric grains, themselves advantageously constituted by B 4 C boron carbide and silicon carbide SiC phases.
  • the powders obtained by this process can then be collected in a collection device.
  • These powders can be used to produce parts by sintering having advantageous mechanical characteristics due to the fact that nanometric nature of the powders or to make self-healing matrices.
  • the method of the invention can be implemented in a device comprising respectively: an injection chamber, in which the precursors are injected, which chamber can consist of a heated mixing chamber, a rod of injection connected to the upper part of the chamber, two injection rods connected to the lateral part of the chamber, which allow the separate injection of the various precursors, an injection nozzle for injection into a pyrolysis chamber;
  • a pyrolysis chamber in which a laser beam is emitted which will interact with the precursor mixture to form the aforementioned powder.
  • FIG. 1 relates to a schematic representation of a reactor capable of enabling the implementation of the method of the invention.
  • FIG. 2 is an X-ray diffractogram (the abscissa representing the angle 2 ⁇ and the ordinate the intensity I (in arbitrary units ua)) of the powder obtained according to the example given below.
  • the present example illustrates the preparation of a powder comprising both a silicon carbide phase and a boron carbide phase by laser pyrolysis implemented in a reactor 1 shown in FIG. 1 comprising the following elements:
  • an injection chamber into which the precursors are injected and then mixed before being subjected to laser pyrolysis, which chamber consists of a heated mixing chamber 5, an injection rod 7 connected to the part upper chamber, two injection rods 9, 11 connected to the side portion of the chamber, an injection nozzle 13 for injecting the mixture in a pyrolysis chamber; a containment chimney 15 disposed around the injection nozzle;
  • a pyrolysis chamber 17 in which a laser beam 19 is emitted from a laser emission device 21 which will interact with the precursor mixture to form the aforementioned powder.
  • the confinement chimney makes it possible on the one hand to keep the powders produced in a laminar flow and, on the other hand, it prevents any contact with the metal walls of the reaction chamber and thus to avoid any pollution.
  • the operating protocol is as follows.
  • a silicon-based precursor SiH 4
  • a precursor based on carbon acetylene C2H2;
  • boron precursor BCI3 at the following flow rates: 3.6, 1.8 and 0.14 L / min, the flow rates being controlled by mass flow controllers, which precursors are mixed in said heated enclosure at a temperature of 45 ° C.
  • BCI3 boron trichloride is injected into the chamber by the injection rod 7, while the acetylene and SiH 4 are injected into the chamber by the injection rods 9 and 11.
  • BCI3 boron precursor is preheated before being injected into the reactor at 45 ° C both before and during its passage in the injection rod.
  • BCI3 boron precursor is derived from a bottle containing it, this bottle having an outlet pressure of at least 0.4 bar, this bottle being heated to 45 ° C and stirred to accelerate the diffusion of heat inside and thus BCI3 boron precursor transfer.
  • the mixture of precursors obtained in the mixing chamber is then injected through the injection nozzle into the pyrolysis chamber at a flow rate of 7.2 L.min -1 where it is subjected to an infrared laser beam (IR), more precisely a CO2 laser used at a working power of 5000 W for a residence time of 2.8 ms.
  • IR infrared laser beam
  • the rate of production of powder at the outlet of the pyrolysis chamber is of the order of 391 g / h.
  • the powder obtained was analyzed by the following techniques: X-ray diffraction, the diffractogram of which is represented in FIG. 2;
  • a crystalline boron carbide phase and an amorphous boron carbide phase the presence of which is indicated by two distinct arrows, the amorphous boron carbide phase being a minority.
  • the powder obtained was also the subject of elementary chemical analysis, so as to determine the percentage by mass of each of the chemical elements present in it.
  • Silicon 36% by weight; Carbon: 28% by weight; Oxygen: 8% by mass measurement errors can be of the order of 2 to 3% by mass depending on the elements.
  • the average size of the constituent grains of the powder ie the average diameter of the latter has also been measured by two methods:

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Abstract

The invention relates to a method for producing a powder including carbon, silicon and boron, the silicon being in the form of silicon carbide and the boron being in the form of boron carbide and/or free boron, including the following steps: a step of placing in contact a carbon-based precursor, a silicon-based precursor and a boron-based precursor BX3, where X is a halogen atom, such as to obtain a mix of said three precursors; a step of subjecting the resulting mixture to laser pyrolysis, the boron-based precursor BX3 being heated, prior to the step of placing in contact and/or simultaneously with the step of placing in contact, to a temperature higher than the condensation temperature of said precursor.

Description

PROCEDE D'ELABORATION D'UNE POUDRE COMPRENANT DU CARBONE, DU SILICIUM ET DU BORE PROCESS FOR PRODUCING A POWDER COMPRISING CARBON, SILICON AND BORON
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention a trait à un procédé d'élaboration d'une poudre comprenant du carbone, du silicium et du bore, le silicium se présentant sous forme de carbure de silicium et le bore se présentant sous forme de carbure de bore et/ou de bore seul.The present invention relates to a process for producing a powder comprising carbon, silicon and boron, the silicon being in the form of silicon carbide and the boron being in the form of boron carbide and / or boron alone.
De telles poudres, du fait qu'elles comprennent notamment du bore, telles que des poudres comprenant moins de 5% en masse de bore, sont des poudres qui se prêtent facilement au frittage et donc, à la conception de pièces consolidées à partir desdites poudres .Such powders, especially because they comprise boron, such as powders comprising less than 5% by weight of boron, are powders which lend themselves easily to sintering and thus to the design of consolidated parts from said powders. .
Ainsi, les poudres obtenues par le procédé de l'invention peuvent trouver leur application dans la conception de pièces obtenues par frittage.Thus, the powders obtained by the process of the invention can find their application in the design of parts obtained by sintering.
Les poudres obtenues par le procédé de l'invention peuvent également servir à la conception de matrices autocicatrisantes, notamment lorsqu'elles comprennent du bore à une teneur supérieure à 5% en masse de bore. En effet, la phase autocicatrisante desdites matrices doit présenter une surface de contact avec l'oxygène la plus élevée possible. En raison du rapport surface/volume, la réactivité vis-à-vis de l'oxygène est donc accrue et le carbure de bore s'oxyde sous forme de B2O3 à des températures plus faibles et cinétiquement plus rapidement.The powders obtained by the process of the invention can also be used for the design of self-healing matrices, especially when they comprise boron at a content greater than 5% by weight of boron. Indeed, the self-healing phase of said matrices must have a contact surface with the highest possible oxygen. Due to the surface / volume ratio, the reactivity towards oxygen is increased and boron carbide oxidizes as B2O3 at lower temperatures and kinetically faster.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les poudres comprenant du carbone, du silicium et du bore ont été réalisées jusqu'à présent par trois types de techniques :STATE OF THE PRIOR ART Powders comprising carbon, silicon and boron have so far been produced by three types of techniques:
- la technique de la mécanosynthèse ;- the technique of mechanosynthesis;
- la technique par voie solution ; - la technique par voie thermique.- the solution technique; - the thermal technique.
La technique de la mécanosynthèse consiste en un broyage mécanique, dans un dispositif du type broyeur ou attriteur, de poudres de taille submicronique de carbure de silicium (SiC) et de carbure de bore (B4C) pendant un temps suffisantThe technique of mechanosynthesis consists of a mechanical grinding, in a device of the grinder or attritor type, of submicron-sized silicon carbide (SiC) and boron carbide (B 4 C) powders for a sufficient time.
(souvent de plusieurs heures) pour essayer d'obtenir une poudre intimement mélangée présentant une phase carbure de silicium et une phase carbure de bore.(often several hours) to try to obtain a powder intimately mixed having a silicon carbide phase and a boron carbide phase.
Toutefois, il n'a pas été rapporté l'obtention selon cette technique de poudres présentant une taille nanométrique . Qui plus est, le broyage mécanique de poudres peut engendrer une pollution des poudres résultantes par des éléments issus du dispositif de broyage. Par conséquent, les poudres issues de ce procédé ne peuvent pas être utilisées dans des applications nécessitant des poudres de grande pureté.However, it has not been reported by this method to obtain nanoscale powders. Moreover, the mechanical grinding of powders can cause pollution of the resulting powders by elements from the grinding device. Therefore, the powders resulting from this process can not be used in applications requiring high purity powders.
Selon la technique par voie solution, des poudres comprenant du carbone, du silicium et du bore ont été synthétisées par voie sol-gel mettant en œuvre des précurseurs à base de silicium, des précurseurs à base de carbone et des précurseurs à base de bore. Tel est le cas, notamment, du procédé décrit dans Zhi-min et al. (Trans.Nonferrous Met . Soc . China, 16(2006), 470- 473) , qui comprend respectivement :According to the solution technique, powders comprising carbon, silicon and boron have been synthesized by sol-gel using silicon-based precursors, carbon-based precursors and boron-based precursors. Such is the case, in particular, of the method described in Zhi-min et al. (Trans.Nonferrous Met Soc., China, 16 (2006), 470-473), which comprises respectively:
- une étape de mélange de tétraéthoxysilane, d'éthanol, de saccharose et d'eau ;a step of mixing tetraethoxysilane, ethanol, sucrose and water;
- une étape d'ajout au mélange résultant de borate de tributyle, le pH étant maintenu jusqu'à homogénéisation à une valeur comprise entre 3 et 4 ;a step of adding to the resulting mixture of tributyl borate, the pH being maintained until homogenization to a value of between 3 and 4;
- une étape de séchage dans un four à 600C de sorte à obtenir un gel ;a drying step in an oven at 60 ° C. so as to obtain a gel;
- une étape de réduction carbothermique de la silice formée.a carbothermic reduction step of the silica formed.
Selon la technique par voie thermique, les poudres comprenant du carbone, du silicium et du bore peuvent être élaborées à partir de précurseurs gazeux en utilisant différentes sources de chaleur comme un laser (auquel cas on parlera de pyrolyse laser) ou un plasma .According to the thermal technique, the powders comprising carbon, silicon and boron can be prepared from gaseous precursors using different heat sources such as a laser (in which case we will speak of laser pyrolysis) or a plasma.
Ainsi, Vassen et al. (Journal of Materials Science 31 (1996) 3623-3637) ont synthétisé, par pyrolyse laser, des poudres comprenant à la fois du carbone, du silicium et du bore, à partir d'un mélange de précurseurs : SiH4-C2H4-B2H6 avec une teneur en bore ne dépassant pas les 4% en masse. Ce mode de synthèse présente, entre autres, l'inconvénient d'utiliser du diborane B2H6, qui est un gaz instable présentant un coût élevé, et de ce fait difficilement utilisable pour la production de poudres présentant des teneurs plus élevées en bore que la teneur susmentionnée. Guo et al. (Journal of Materials Science,Thus, Vassen et al. (Journal of Materials Science 31 (1996) 3623-3637) have synthesized, by laser pyrolysis, powders comprising both carbon, silicon and boron, from a mixture of precursors: SiH 4 -C 2 H 4 -B 2 H6 with a boron content not exceeding 4% by mass. This method of synthesis has, among others, the disadvantage of using diborane B 2 H 6 , which is an unstable gas with a high cost, and therefore difficult to use for the production of powders having higher levels of boron than the above-mentioned content. Guo et al. (Journal of Materials Science,
32 (1997), 5257-5269) ont synthétisé des poudres comprenant du carbone, du silicium et du bore par l'utilisation d'un plasma thermique à partir d'un mélange comprenant du silicium solide, du trichlorure de bore BCI3 et du méthane CH4. Les poudres obtenues par ce mode de synthèse comprennent moins de 4% en masse de bore et ne présentent au final pas de phase carbure de bore (B4C) mais du nitrure de bore. La formation de nitrure de bore est générée par la réaction de l'azote N2 issu du plasma sur le carbure de bore formé de façon transitoire selon la réaction suivante :32 (1997), 5257-5269) synthesized powders comprising carbon, silicon and boron by the use of a thermal plasma from a mixture comprising solid silicon, BCI3 boron trichloride and CH 4 methane. The powders obtained by this method of synthesis comprise less than 4% by weight of boron and finally have no boron carbide (B 4 C) phase but boron nitride. The formation of boron nitride is generated by the reaction of the nitrogen N 2 from the plasma on the boron carbide formed transiently according to the following reaction:
(1/2) B4C + N2 → 2 BN + (1/2)C(1/2) B 4 C + N 2 → 2 BN + (1/2) C
Qui plus est, les poudres obtenues par ce procédé présentent une taille submicronique .Moreover, the powders obtained by this process have a submicron size.
D'autres auteurs se sont essayés à la synthèse de poudres comprenant du carbone, du silicium et du bore par plasma thermique, notamment en utilisant une torche plasma radiofréquence, tel que Saiki et al. dans US 4,847,060 en partant d'un mélange de réactifs tel qu'un mélange SiCl4, CH4 et BCI3, en aboutissant à des poudres submicroniques présentant une mauvaise répartition du bore dans les grains de carbure de bore ainsi qu'une teneur en bore ne dépassant pas les 5% massique.Other authors have tried the synthesis of powders comprising carbon, silicon and boron by thermal plasma, in particular by using a radiofrequency plasma torch, such as Saiki et al. in US 4,847,060 starting from a mixture of reactants such as a mixture of SiCl 4 , CH 4 and BCI 3, resulting in submicron powders having a bad distribution of boron in the boron carbide grains and a boron content not exceeding 5% by mass.
Partant des inconvénients des procédés de l'art antérieur, les auteurs se sont fixé comme objectif de proposer un procédé de préparation de poudres comprenant à la fois du carbone, du silicium et du bore sous forme de carbure de silicium et de carbure de bore et/ou de bore seul, lequel procédé est de mise en œuvre simple et est peu coûteux, et qui, grâce à une combinaison motivée d'étapes et de réactifs, permet d' obtenir des poudres pouvant répondre aux caractéristiques suivantes : - une taille nanométrique de grains constitutifs de la poudre ;On the basis of the disadvantages of the processes of the prior art, the authors have set themselves the objective of proposing a process for the preparation of powders comprising at the same time carbon, silicon and boron in the form of silicon carbide and boron carbide and or boron alone, which method is used simple and inexpensive, and which, thanks to a motivated combination of steps and reagents, makes it possible to obtain powders that can meet the following characteristics: a nanometric size of grains constituting the powder;
- une dispersion en taille étroite;- a narrow size dispersion;
- une teneur en bore pouvant être élevée (par exemple, pouvant aller jusqu'à 30% en masse par rapport à la masse totale des autres éléments présents dans la poudre) ;a boron content which may be high (for example up to 30% by weight relative to the total mass of the other elements present in the powder);
- une bonne dispersion des phases carbure de silicium et carbure de bore ;good dispersion of the silicon carbide and boron carbide phases;
- un contrôle de la composition de la poudre, notamment en ce qui concerne les rapports Si/B,a control of the composition of the powder, especially with regard to the Si / B ratios,
Si/C et B/C.Si / C and B / C.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
Ainsi, l'invention a trait à un procédé d'élaboration d'une poudre comprenant du carbone, du silicium et du bore, le silicium se présentant sous forme de carbure de silicium et le bore se présentant sous forme de carbure de bore et/ou de bore seul comprenant les étapes suivantes :Thus, the invention relates to a process for producing a powder comprising carbon, silicon and boron, the silicon being in the form of silicon carbide and the boron being in the form of boron carbide and or boron alone comprising the following steps:
- une étape de mise en contact d'un précurseur à base de carbone, d'un précurseur à base de silicium et d'un précurseur à base de bore BX3, X étant un atome d'halogène, de sorte à obtenir un mélange de ces trois précurseurs ;a step of bringing into contact a precursor based on carbon, a precursor based on silicon and a precursor based on boron BX 3 , X being a halogen atom, so as to obtain a mixture of of these three precursors;
- une étape de soumission du mélange résultant à une pyrolyse laser, le précurseur à base de bore BX3 étant chauffé, préalablement à l'étape de mise en contact et/ou simultanément à l'étape de mise en contact, à une température supérieure à sa température de condensation.a step of subjecting the resulting mixture to laser pyrolysis, the boron precursor BX 3 being heated, prior to the contacting step and / or simultaneously with the contacting step, at a temperature above its condensation temperature.
De ce procédé nouvellement mis en œuvre découlent les avantages suivants :This newly implemented process has the following advantages:
- une incorporation du bore dans les poudres synthétisées à hauteur de la quantité de précurseur à base de bore mise en œuvre dans le procédé, ce qui permet d'obtenir, si souhaité, des teneurs en bore élevées dans les poudres résultantes ;- Incorporation of boron in the synthesized powders up to the amount of boron precursor implemented in the process, which allows to obtain, if desired, high boron levels in the resulting powders;
- l'obtention d'une poudre présentant une taille moyenne de grains nanométrique et une distribution en tailles étroite.obtaining a powder having an average size of nanometric grains and a narrow size distribution.
Ainsi, comme mentionné ci-dessus, l'invention comprend une étape de chauffage du précurseur à base de bore BX3, X étant un atome d'halogène, à un température supérieure à sa température de condensation avant l'étape de mise en contact et/ou pendant ladite étape de mise en contact, par exemple, à une température allant de 40 à 600C. En procédant de la sorte, on empêche ainsi une condensation du précurseur, avant d'être soumis à la pyrolyse, et ainsi d'avoir une quantité de précurseur ne pouvant être incorporée dans la poudre du fait de cette condensation. Grâce à cette étape, la totalité du bore issue du précurseur utilisé dans le cadre de ce procédé entrera dans la constitution des poudres. En réglant la quantité de précurseur de bore introduite, il sera ainsi possible de prévoir directement la quantité de bore qui sera incorporée dans la poudre et de contrôler ainsi la teneur en bore dans celle-ci. Cette étape de chauffage, du fait qu'elle exclut la condensation du précurseur à base de bore, empêche aussi que l'appareillage, dans lequel est mis en œuvre le procédé, soit endommagé, par exemple, par obstruction des buses d'injection par le produit issu de la condensation du précurseur à base de bore.Thus, as mentioned above, the invention comprises a step of heating the boron precursor BX 3 , X being a halogen atom, at a temperature above its condensation temperature before the contacting step. and / or during said contacting step, for example, at a temperature ranging from 40 to 60 ° C. By proceeding in this way, a condensation of the precursor is prevented, before being subjected to pyrolysis, and thus to have a quantity of precursor that can not be incorporated in the powder due to this condensation. Thanks to this step, all the boron resulting from the precursor used in the context of this process will enter into the constitution of the powders. By adjusting the amount of boron precursor introduced, it will thus be possible to directly predict the amount of boron that will be incorporated into the powder and thereby control the boron content therein. This heating step, in that it excludes the condensation of the boron precursor, also prevents the apparatus, in which the process is implemented, from being damaged, for example by clogging of the injection nozzles by the product resulting from the condensation of the boron precursor.
L'étape de chauffage peut se dérouler avant l'étape de mise en contact, par exemple, avant la mise en contact du précurseur à base de bore avec les autres précurseurs (à savoir, le précurseur à base de silicium et le précurseur à base de carbone) , cette étape de chauffage pouvant être réalisée dans une enceinte comprenant le précurseur à base de bore (cette enceinte pouvant être une bouteille présentant, par exemple, une pression de sortie au minimum de 0,4 bar) et/ou dans la conduite d'injection dudit précurseur destinée à acheminer ce précurseur dans l'enceinte où il sera mis en contact avec les autres précurseurs.The heating step can take place before the contacting step, for example, before contacting the boron precursor with the other precursors (ie, the silicon-based precursor and the precursor-based of carbon), this heating step can be carried out in an enclosure comprising the boron precursor (this chamber may be a bottle having, for example, an outlet pressure of at least 0.4 bar) and / or in the injection pipe of said precursor for conveying said precursor into the chamber where it will be brought into contact with the other precursors.
L'étape de chauffage peut permettre, outre le fait d'éviter la condensation de BX3, d'augmenter le débit de BX3, et notamment d'accéder à un débit suffisant pour obtenir de grandes quantités de poudre (par exemple, à un taux d'au moins 100 g/h) .The heating step may make it possible, in addition to avoiding the condensation of BX 3 , to increase the flow rate of BX 3 , and in particular to have access to a flow rate sufficient to obtain large quantities of powder (for example, a rate of at least 100 g / h).
L'étape de chauffage peut également se dérouler pendant l'étape de mise en contact auquel cas l'étape de chauffage concernera l'ensemble des précurseurs mis en contact lors de cette étape. II n'est pas exclu au sens de l'invention que l'étape de chauffage puisse avoir lieu à la fois avant l'étape de mise en contact et pendant l'étape de mise en contact, de sorte à ce qu'il n'y ait aucune condensation du précurseur à base de bore avant l'étape de pyrolyse. Le précurseur à base de bore peut être le trichlorure de bore BCI3.The heating step can also take place during the contacting step in which case the heating step will concern all the precursors contacted during this step. It is not excluded within the meaning of the invention that the heating step can take place at a time before the contacting step and during the contacting step, so that there is no condensation of the boron precursor before the pyrolysis step. The boron precursor may be BCI3 boron trichloride.
Lorsque le précurseur à base de bore est le trichlorure de bore BCI3, ce dernier peut être chauffé préalablement à l'étape de mise en contact et/ou simultanément à l'étape de mise en contact à une température allant de 400C à 500C.When the boron precursor is boron trichloride BCI3, the latter may be heated prior to the contacting step and / or simultaneously with the contacting step at a temperature ranging from 40 ° C. to 50 ° C. 0 C.
Comme mentionné ci-dessus, le procédé de l'invention comprend une étape de mise en contact, avant pyrolyse laser, d'un précurseur à base de bore BX3, X étant un atome d'halogène, d'un précurseur à base de carbone et d'un précurseur à base de silicium.As mentioned above, the method of the invention comprises a step of contacting, prior to laser pyrolysis, a boron precursor BX 3 , X being a halogen atom, a precursor based on carbon and a precursor based on silicon.
De préférence, le précurseur à base de bore est du trichlorure de bore.Preferably, the boron precursor is boron trichloride.
Le précurseur à base de carbone peut être un composé choisi parmi les alcanes, tel que le méthane, les alcènes, tels que l'éthylène et les alcynes, tels que l'acétylène.The carbon-based precursor may be a compound selected from alkanes, such as methane, alkenes, such as ethylene and alkynes, such as acetylene.
De préférence, le précurseur à base de carbone peut être un alcyne gazeux, tel que l'acétylène C2H2, qui a pour particularité d'être très réactif lors de l'étape de pyrolyse, du fait qu'il se décompose plus rapidement que le méthane CH4 et l'éthylène C2H4 et à plus basse température.Preferably, the carbon-based precursor may be a gaseous alkyne, such as acetylene C2H2, which has the particularity of being very reactive during the pyrolysis step, because it decomposes more rapidly than the methane CH 4 and ethylene C2H4 and at lower temperature.
Le précurseur à base de silicium est, de préférence, un composé silane, tel que SiH4. De préférence, le précurseur à base de bore est BCI3, le précurseur à base de carbone est l'acétylène C2H2 et le précurseur à base de silicium est SiH4, ce mélange de précurseurs étant avantageux d'un point de vue du coût et présentant également des propriétés thermocinétiques particulièrement adaptées au procédé de l'invention, notamment en vue d'obtenir des poudres homogènes en termes de taille et de composition . Le précurseur à base de carbone, le précurseur à base de silicium et le précurseur à base de bore sont, classiquement mis en contact dans une enceinte de mélange, qui peut être chauffée à une température supérieure à la température de condensation du précurseur à base de bore. L'introduction du précurseur à base de carbone, du précurseur à base de silicium et du précurseur à base de bore est réalisée, avantageusement, de façon séparée dans l'enceinte, de sorte à ce qu'il n'y ait pas de contact des précurseurs avant la mise en contact dans l'enceinte. Cela permet également d'éviter les réactions chimiques entre les précurseurs avant leur introduction dans l'enceinte de mélange. Pour ce faire, l'enceinte de mélange peut être pourvue de trois orifices d'injection distincts. De préférence, l'injection des précurseurs dans l'enceinte s'effectue verticalement, ce qui signifie, en d'autres termes, que les précurseurs sont injectés dans une enceinte verticale dans la partie supérieure de celle- ci et se concentrent par l'effet de la gravité dans la partie inférieure de l'enceinte après introduction. Les précurseurs sont introduits à des débits prédéterminés en fonction des caractéristiques de poudre souhaitée (en termes notamment de teneur en bore, de teneur en carbone et de teneur en silicium) . Le mélange résultant est ensuite soumis à une étape de pyrolyse laser.The silicon-based precursor is preferably a silane compound, such as SiH 4 . Preferably, the boron-based precursor is BCI3, the carbon-based precursor is C2H2 acetylene, and the silicon-based precursor is SiH 4 , this precursor mixture being advantageous from a cost point of view and having also thermokinetic properties particularly suited to the process of the invention, in particular to obtain homogeneous powders in terms of size and composition. The carbon-based precursor, the silicon precursor and the boron precursor are conventionally contacted in a mixing chamber, which can be heated to a temperature above the condensation temperature of the precursor based on silicon. boron. The introduction of the carbon-based precursor, the silicon-based precursor and the boron-based precursor is advantageously carried out separately in the enclosure, so that there is no contact precursors before contacting in the enclosure. This also makes it possible to avoid chemical reactions between the precursors before they are introduced into the mixing chamber. To do this, the mixing chamber can be provided with three separate injection ports. Preferably, the injection of the precursors into the chamber takes place vertically, which means, in other words, that the precursors are injected into a vertical enclosure in the upper part thereof and are concentrated by the effect of gravity in the lower part of the enclosure after introduction. The precursors are introduced at predetermined flow rates according to the desired powder characteristics (in terms in particular of boron content, carbon content and silicon content). The resulting mixture is then subjected to a laser pyrolysis step.
La pyrolyse laser repose sur l'interaction entre des précurseurs à l'état gazeux (en l'occurrence, dans notre cas, le précurseur à base de carbone, le précurseur à base de bore et le précurseur à base de silicium) et un laser, généralement un laser CO2, laquelle interaction se traduit par une résonance entre le spectre d'émission du laser et le spectre d'absorption des précurseurs. L'absorption correspond à l'excitation des niveaux vibrationnels des molécules de précurseur, qui absorbent l'énergie de la radiation laser. L'énergie des molécules de précurseurs excités se propage de molécules à molécules, engendrant la dissociation de celles-ci formant ainsi une vapeur sursaturée, dans laquelle se produisent la nucléation et la croissance des particules constitutives de la poudre. Une flamme dite « incandescente » peut alors être observée. Les particules formées subissent un effet de trempe en sortie de flamme, qui a pour effet de stopper la croissance des particules.Laser pyrolysis is based on the interaction between gaseous precursors (in this case, the carbon-based precursor, the boron precursor, and the silicon-based precursor) and a laser , generally a CO2 laser, which interaction results in a resonance between the emission spectrum of the laser and the absorption spectrum of the precursors. Absorption is the excitation of the vibrational levels of the precursor molecules, which absorb the energy of the laser radiation. The energy of the excited precursor molecules propagates from molecules to molecules, causing the dissociation thereof to form a supersaturated vapor, in which the nucleation and growth of the constituent particles of the powder occur. A so-called "incandescent" flame can then be observed. The particles formed undergo a quenching effect at the flame outlet, which has the effect of stopping the growth of the particles.
D'un point de vue pratique, le mélange obtenu lors de l'étape de mélange susmentionnée est, classiquement, injecté via une buse d'injection dans une enceinte de pyrolyse laser, où est émis un faisceau laser. La pression dans l'enceinte de pyrolyse peut aller de 100 mbar à 900 mbar. Le laser utilisé peut être un laser à gaz, en particulier un laser au dioxyde de carbone pouvant émettre dans l'infrarouge (leur bande de longueur d'onde principale étant centrée entre 9,4 et 10,6 μm) . La puissance d'un tel laser peut aller jusqu'à 20000 W, par exemple pouvant aller de 200 à 700 W.From a practical point of view, the mixture obtained during the aforementioned mixing step is conventionally injected via an injection nozzle into a laser pyrolysis chamber, where a laser beam is emitted. The pressure in the pyrolysis chamber can range from 100 mbar to 900 mbar. The laser used may be a gas laser, in particular a carbon dioxide laser capable of emitting in the infrared (their main wavelength band being centered between 9.4 and 10.6 μm). The power of such a laser can be up to 20000 W, for example ranging from 200 to 700 W.
Chaque fraction du mélange (à savoir, la fraction de mélange passant dans le faisceau laser) est soumise à un temps de séjour court, par exemple de 1 à 10 ms et à une température pouvant aller de 10000C à plus de 25000C.Each fraction of the mixture (i.e., the mixing fraction passing through the laser beam) is subjected to a short residence time, for example from 1 to 10 ms and at a temperature ranging from 1000 ° C. to more than 2500 ° C. .
Il résulte de ce procédé des poudres nanométriques comprenant du carbone, du silicium et du bore, le silicium se présentant sous forme de carbure de silicium, le bore se présentant sous forme de carbure de bore et/ou de bore libre, le carbone outre sa présence sous forme de carbure (s) pouvant également se présenter sous forme de carbone libre. Les poudres obtenues présentent une distribution en tailles étroite et peuvent présenter une teneur en bore allant de 1 à 30% en masse par rapport à la masse totale des autres éléments présents dans la poudre.It results from this process nanoscale powders comprising carbon, silicon and boron, the silicon being in the form of silicon carbide, the boron being in the form of boron carbide and / or free boron, the carbon in addition to its presence in the form of carbide (s) may also be in the form of free carbon. The powders obtained have a narrow size distribution and may have a boron content ranging from 1 to 30% by weight relative to the total mass of the other elements present in the powder.
La poudre obtenue est constituée avantageusement de grains nanométriques, eux-mêmes constitués avantageusement des phases carbure de bore B4C et carbure de silicium SiC.The powder obtained advantageously consists of nanometric grains, themselves advantageously constituted by B 4 C boron carbide and silicon carbide SiC phases.
Les poudres obtenues par ce procédé peuvent être ensuite collectées dans un dispositif de collecte.The powders obtained by this process can then be collected in a collection device.
Ces poudres peuvent être utilisées pour réaliser des pièces par frittage présentant des caractéristiques mécaniques avantageuses du fait du caractère nanométrique des poudres ou encore pour réaliser des matrices autocicatrisantes.These powders can be used to produce parts by sintering having advantageous mechanical characteristics due to the fact that nanometric nature of the powders or to make self-healing matrices.
Le procédé de l'invention peut être mis en œuvre dans un dispositif comprenant respectivement : - une chambre d'injection, dans laquelle sont injectés les précurseurs, laquelle chambre peut se composer d'une enceinte de mélange chauffée, d'une tige d'injection reliée à la partie supérieure de l'enceinte, de deux tiges d'injection reliées à la partie latérale de l'enceinte, lesquelles permettent l'injection séparée des différents précurseurs, d'une buse d'injection permettant l'injection dans une chambre de pyrolyse ;The method of the invention can be implemented in a device comprising respectively: an injection chamber, in which the precursors are injected, which chamber can consist of a heated mixing chamber, a rod of injection connected to the upper part of the chamber, two injection rods connected to the lateral part of the chamber, which allow the separate injection of the various precursors, an injection nozzle for injection into a pyrolysis chamber;
- une chambre de pyrolyse, dans laquelle est émis un faisceau laser qui va interagir avec le mélange de précurseurs pour former la poudre susmentionnée .a pyrolysis chamber, in which a laser beam is emitted which will interact with the precursor mixture to form the aforementioned powder.
L'invention va, à présent, être décrite en référence aux exemples suivants donnés à titre illustratif et non limitatif.The invention will now be described with reference to the following examples given for illustrative and non-limiting.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La figure 1 a trait à une représentation schématique d'un réacteur apte à permettre la mise en œuvre du procédé de l'invention. La figure 2 est un diffractogramme aux rayons X (l'abscisse représentant l'angle 2Θ et l'ordonnée l'intensité I (en unités arbitraires u.a)) de la poudre obtenue selon l'exemple figurant ci- dessous . EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSFigure 1 relates to a schematic representation of a reactor capable of enabling the implementation of the method of the invention. FIG. 2 is an X-ray diffractogram (the abscissa representing the angle 2Θ and the ordinate the intensity I (in arbitrary units ua)) of the powder obtained according to the example given below. DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
EXEMPLEEXAMPLE
Le présent exemple illustre la préparation d'une poudre comprenant à la fois une phase carbure de silicium et une phase carbure de bore par pyrolyse laser mise en œuvre dans un réacteur 1 représenté sur la figure 1 comprenant les éléments suivants :The present example illustrates the preparation of a powder comprising both a silicon carbide phase and a boron carbide phase by laser pyrolysis implemented in a reactor 1 shown in FIG. 1 comprising the following elements:
- une chambre d'injection, dans laquelle sont injectés les précurseurs puis mélangés avant d'être soumis à la pyrolyse laser, laquelle chambre se compose d'une enceinte de mélange chauffée 5, d'une tige d'injection 7 reliée à la partie supérieure de l'enceinte, de deux tiges d'injection 9, 11 reliées à la partie latérale de l'enceinte, d'une buse d'injection 13 permettant l'injection du mélange dans une chambre de pyrolyse ; un cheminée de confinement 15 disposée autour de la buse d'injection;an injection chamber, into which the precursors are injected and then mixed before being subjected to laser pyrolysis, which chamber consists of a heated mixing chamber 5, an injection rod 7 connected to the part upper chamber, two injection rods 9, 11 connected to the side portion of the chamber, an injection nozzle 13 for injecting the mixture in a pyrolysis chamber; a containment chimney 15 disposed around the injection nozzle;
- une chambre de pyrolyse 17 dans laquelle est émis un faisceau laser 19 à partir d'un dispositif d'émission laser 21 qui va interagir avec le mélange de précurseurs pour former la poudre susmentionnée.a pyrolysis chamber 17 in which a laser beam 19 is emitted from a laser emission device 21 which will interact with the precursor mixture to form the aforementioned powder.
Le cheminée de confinement permet d' une part de maintenir les poudres produites dans un flux laminaire et d'autre part, elle empêche tout contact avec les parois métalliques de l'enceinte réactionnelle et ainsi d'éviter les pollutions éventuelles.The confinement chimney makes it possible on the one hand to keep the powders produced in a laminar flow and, on the other hand, it prevents any contact with the metal walls of the reaction chamber and thus to avoid any pollution.
Le protocole opératoire est le suivant. Dans l'enceinte de mélange, il est procédé à l'introduction des précurseurs suivants : - un précurseur à base de silicium : SiH4 ; - un précurseur à base de carbone : l'acétylène C2H2 ;The operating protocol is as follows. In the mixing chamber, the following precursors are introduced: a silicon-based precursor: SiH 4 ; a precursor based on carbon: acetylene C2H2;
- un précurseur à base de bore : BCI3 à raison des débits respectifs suivants : 3,6, 1,8 et 0,14 L/min, les débits étant contrôlés par des régulateurs de débit massique, lesquels précurseurs sont mélangés dans ladite enceinte chauffée à une température de 45°C.a boron precursor BCI3 at the following flow rates: 3.6, 1.8 and 0.14 L / min, the flow rates being controlled by mass flow controllers, which precursors are mixed in said heated enclosure at a temperature of 45 ° C.
Dans le cadre de cet exemple, le trichlorure de bore BCI3 est injecté dans l'enceinte par la tige d'injection 7, tandis que l'acétylène et SiH4 sont injectés dans l'enceinte par les tiges d'injection 9 et 11.In the context of this example, BCI3 boron trichloride is injected into the chamber by the injection rod 7, while the acetylene and SiH 4 are injected into the chamber by the injection rods 9 and 11.
Le précurseur à base de bore BCI3 est préalablement chauffé avant d'être injecté dans le réacteur à 45°C à la fois avant et pendant son passage dans la tige d'injection.BCI3 boron precursor is preheated before being injected into the reactor at 45 ° C both before and during its passage in the injection rod.
Le précurseur à base de bore BCI3 est issu d'une bouteille le contenant, cette bouteille présentant une pression de sortie, d'au moins 0,4 bar, cette bouteille étant chauffée à 45°C et remuée pour accélérer la diffusion de la chaleur à l'intérieur et donc le transfert de précurseur à base de bore BCI3.BCI3 boron precursor is derived from a bottle containing it, this bottle having an outlet pressure of at least 0.4 bar, this bottle being heated to 45 ° C and stirred to accelerate the diffusion of heat inside and thus BCI3 boron precursor transfer.
Le mélange de précurseurs obtenu dans l'enceinte de mélange est ensuite injecté par le biais de la buse d'injection dans la chambre de pyrolyse à un débit de 7,2 L. min"1 où il est soumis à un faisceau laser infrarouge (IR), plus précisément un laser CO2 utilisé à une puissance de travail de 5000 W pendant un temps de séjour de 2,8 ms . Le taux de production de poudre en sortie de la chambre de pyrolyse est de l'ordre de 391 g/h.The mixture of precursors obtained in the mixing chamber is then injected through the injection nozzle into the pyrolysis chamber at a flow rate of 7.2 L.min -1 where it is subjected to an infrared laser beam ( IR), more precisely a CO2 laser used at a working power of 5000 W for a residence time of 2.8 ms. The rate of production of powder at the outlet of the pyrolysis chamber is of the order of 391 g / h.
La poudre obtenue a été analysée par les techniques suivantes : - diffraction des rayons X, dont le diffractogramme est représenté sur la figure 2 ;The powder obtained was analyzed by the following techniques: X-ray diffraction, the diffractogram of which is represented in FIG. 2;
- observation d'échantillons de poudre obtenus par microscopie à transmission.observation of powder samples obtained by transmission microscopy.
Il apparaît sur le diffractogramme des rayons X d'un échantillon obtenu conformément au protocole défini ci-dessus la présence des phases suivantes :It appears on the X-ray diffractogram of a sample obtained according to the protocol defined above the presence of the following phases:
- une phase de carbure de silicium β-SiC, dont la présence est indiquée par une flèche sur la figure 2 ;a phase of β-SiC silicon carbide, the presence of which is indicated by an arrow in FIG. 2;
- une phase de carbure de bore cristallin et une phase de carbure de bore amorphe, dont la présence est indiquée par deux flèches distinctes, la phase de carbure de bore amorphe étant minoritaire. La largeur des pics de diffraction sur le diffractogramme témoigne du caractère nanométrique des cristallites qui constituent ces poudres.a crystalline boron carbide phase and an amorphous boron carbide phase, the presence of which is indicated by two distinct arrows, the amorphous boron carbide phase being a minority. The width of the diffraction peaks on the diffractogram testifies to the nanometric nature of the crystallites constituting these powders.
La poudre obtenue a fait l'objet également d'une analyse chimique élémentaire, de sorte à déterminer le pourcentage en masse de chacun des éléments chimiques présents dans celle-ci.The powder obtained was also the subject of elementary chemical analysis, so as to determine the percentage by mass of each of the chemical elements present in it.
Les valeurs obtenues par l'analyse chimique élémentaire sont les suivantes :The values obtained by the elemental chemical analysis are as follows:
Bore : 27% en masseBoron: 27% by weight
Silicium : 36% en masse ; Carbone : 28% en masse ; Oxygène : 8% en masse les erreurs de mesure pouvant être de l'ordre de 2 à 3% en masse selon les éléments. II a été également procédé à la mesure de la taille moyenne des grains constitutifs de la poudre (à savoir le diamètre moyen de ces derniers) par deux méthodes :Silicon: 36% by weight; Carbon: 28% by weight; Oxygen: 8% by mass measurement errors can be of the order of 2 to 3% by mass depending on the elements. The average size of the constituent grains of the powder (ie the average diameter of the latter) has also been measured by two methods:
- par miscroscopie électronique à transmission sur poudre, qui a permis de déterminer une taille moyenne de grains de 25 nm, avec une distribution en tailles étroite centrée autour de cette valeur ;- by powder transmission electron microscopy, which made it possible to determine an average grain size of 25 nm, with a narrow size distribution centered around this value;
- par mesure de la surface spécifique par la méthode BET et par mesure de la densité par pycnométrie à l'hélium, qui a permis de déterminer une taille moyenne de grains de 22 nm.by measuring the specific surface area by the BET method and by measuring the density by pycnometry with helium, which made it possible to determine an average grain size of 22 nm.
Par méthode BET, il a également été déterminé une surface spécifique BET de 102 m2/g. By BET method, a BET surface area of 102 m 2 / g was also determined.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'élaboration d'une poudre comprenant du carbone, du silicium et du bore, le silicium se présentant sous forme de carbure de silicium et le bore se présentant sous forme de carbure de bore et/ou de bore libre comprenant les étapes suivantes :A process for producing a powder comprising carbon, silicon and boron, the silicon being in the form of silicon carbide and the boron in the form of boron carbide and / or free boron comprising the steps following:
- une étape de mise en contact d'un précurseur à base de carbone, d'un précurseur à base de silicium et d'un précurseur à base de bore BX3, X étant un atome d'halogène, de sorte à obtenir un mélange de ces trois précurseurs ;a step of bringing into contact a precursor based on carbon, a precursor based on silicon and a precursor based on boron BX 3 , X being a halogen atom, so as to obtain a mixture of of these three precursors;
- une étape de soumission du mélange résultant à une pyrolyse laser, le précurseur à base de bore BX3 étant chauffé, préalablement à l'étape de mise en contact et/ou simultanément à l'étape de mise en contact, à une température supérieure à la température de condensation dudit précurseur.a step of subjecting the resulting mixture to laser pyrolysis, the boron precursor BX 3 being heated, prior to the contacting step and / or simultaneously with the contacting step, at a higher temperature at the condensation temperature of said precursor.
2. Procédé d'élaboration selon la revendication 1, dans lequel le précurseur à base de bore est le trichlorure de bore BCl3.2. Production process according to claim 1, wherein the boron precursor is boron trichloride BCl 3 .
3. Procédé d'élaboration selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le précurseur à base de carbone est choisi parmi les alcanes, les alcènes, et les alcynes. 3. Production process according to claim 1 or 2, wherein the carbon-based precursor is selected from alkanes, alkenes, and alkynes.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le précurseur à base de carbone est l'acétylène.The process of any of the preceding claims, wherein the carbon precursor is acetylene.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le précurseur à base de silicium est un composé silane.The method of any of the preceding claims, wherein the silicon precursor is a silane compound.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le précurseur à base de silicium est SiH4.The method of any of the preceding claims, wherein the silicon-based precursor is SiH 4 .
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le précurseur à base de bore est le trichlorure de bore, le précurseur à base de carbone est l'acétylène et le précurseur à base de silicium est SiH4.7. A process according to any one of the preceding claims, wherein the boron precursor is boron trichloride, the carbon precursor is acetylene and the silicon precursor is SiH 4 .
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, lorsque le précurseur à base de bore est le trichlorure de bore BCI3, ce dernier est chauffé préalablement à l'étape de mise en contact et/ou simultanément à l'étape de mise en contact à une température allant de 40 à 500C.8. Process according to any one of the preceding claims, in which, when the boron precursor is boron trichloride BCI3, the latter is heated before the contacting step and / or simultaneously with the step contacting at a temperature ranging from 40 to 50 ° C.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de mise en contact est réalisée dans une enceinte, dans laquelle le précurseur à base de carbone, le précurseur à base de silicium et le précurseur à base de bore sont injectés séparément. A process according to any one of the preceding claims, wherein the contacting step is carried out in an enclosure, wherein the carbon precursor, the silicon precursor and the boron precursor are injected separately.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le laser utilisé dans l'étape de pyrolyse laser est un laser à gaz .The method of any of the preceding claims, wherein the laser used in the laser pyrolysis step is a gas laser.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le laser à gaz est un laser au dioxyde de carbone .The method of claim 10, wherein the gas laser is a carbon dioxide laser.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la poudre présente une teneur en bore allant de 1 à 30% en masse par rapport à la masse totale des éléments présents dans la poudre.12. Method according to any one of the preceding claims, wherein the powder has a boron content ranging from 1 to 30% by weight relative to the total weight of the elements present in the powder.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la poudre est constituée de grains nanométriques .13. The method of any one of the preceding claims, wherein the powder is nanoscale grains.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la poudre est constituée de grains nanométriques constitués des phases B4C et SiC. 14. Method according to any one of the preceding claims, wherein the powder consists of nanoscale grains consisting of phases B 4 C and SiC.
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