La poudre alimente les appareils intelligents
Les composants semi-conducteurs des smartphones et autres gadgets numériques sont traités dans des fours industriels avec des exigences extrêmement précises en matière de stabilité dimensionnelle et de pureté. Les matériaux métallurgiques en poudre de Sandvik relèvent ces défis et stimulent la productivité et la durabilité dans l'industrie électronique.
Dans notre société numérisée, de plus en plus de personnes utilisent des technologies de plus en plus sophistiquées intégrées dans un nombre croissant d'appareils intelligents à des fins utilitaires et de divertissement. La demande de matériel augmente et, dans le même temps, les exigences en matière de durabilité et d'efficacité des ressources sont de plus en plus strictes.
Les processus sont extrêmement exigeants, avec des températures élevées pouvant atteindre 1 300 degrés Celsius.
"Nos matériaux sont utilisés, par exemple, dans les systèmes de chauffage des fours industriels, où les composants semi-conducteurs à base de silicium sont traités avec différents revêtements avant d'être assemblés en PCB, qui se retrouvent dans les smartphones et les ordinateurs", explique Dilip Chandrasekaran, responsable de la recherche et du développement à la division Kanthal de Sandvik à Hallstahammar.
"Les processus sont extrêmement exigeants, avec des températures élevées pouvant atteindre 1 300 degrés Celsius, ce qui signifie que tous les composants passant par les fours doivent résister à l'atmosphère gazeuse hostile sans changer de forme ni dégager de particules. Dans le cas contraire, tout un lot de production de plaquettes de silicium coûteuses pourrait être détruit".
Semiconductor components are treated with various coatings in indus trial furnaces where temperatures can reach 1,300 degrees Celsius.
La chaleur au cœur du processus
Kanthal fournit un produit qui constitue le cœur de ces applications de four, l'élément chauffant lui-même, qui comprend un fil métallique hélicoïdal intégré dans un module de fibre céramique. Lorsque le fil est alimenté, il s'échauffe et réchauffe ce qui doit être traité dans le four.
"Pour fabriquer le fil, nous partons d'une poudre métallique, explique M. Chandrasekaran, qui est ensuite comprimée sous haute pression et à haute température pour former un corps solide qui sera ensuite transformé, par laminage et étirage à chaud, en sa forme finale. Le processus de métallurgie des poudres crée des propriétés uniques dans le fil, grâce à une microstructure optimale qui ne peut pas être obtenue dans le fil laminé produit de manière conventionnelle."
Le processus de production est basé sur une métallurgie des poudres avancée qui permet de structurer le métal avec des milliards de petites particules, ce qui augmente considérablement sa résistance. Dans le cas contraire, un problème courant dans ce type de système de chauffage est que les composants structurels se déforment à haute température au fil du temps.
Maintien de la forme
Pour qu'un matériau fonctionne correctement à des températures extrêmement élevées, il doit faire preuve d'une grande stabilité dimensionnelle et d'une résistance à l'oxydation et à la corrosion.
"L'alliage spécial de fer, de chrome et d'aluminium sur lequel reposent nos produits offre d'excellentes propriétés d'oxydation sous une forme conventionnelle", explique M. Chandrasekaran, "Avec la métallurgie des poudres, nous allons encore plus loin en offrant un matériau de qualité supérieure qui conserve également sa forme à des températures élevées. Cela se traduit par une réduction des besoins de maintenance et une augmentation de la productivité pour les clients industriels qui utilisent les fours".
Outre l'industrie des semi-conducteurs, M. Chandrasekaran identifie un marché important et croissant parmi les fabricants de panneaux solaires qui utilisent également le silicium comme matériau de départ et doivent traiter thermiquement leurs composants dans le même type d'applications de fours exigeantes.
Exemple d'application : Fours industriels
Les fours industriels destinés à la fabrication de plaquettes de silicium utilisées, par exemple, dans l'électronique et les panneaux solaires sont l'une des applications où la métallurgie des poudres peut être utilisée. Le serpentin chauffant en forme de spirale de Sandvik peut résister à une chaleur extrême grâce à la microstructure unique du fil. Cette technologie est basée sur une métallurgie des poudres avancée qui ajoute des milliards de nanoparticules au métal, ce qui améliore considérablement la résistance mécanique du fil.
La poudre au service de la fabrication additive
La poudre de métal utilisée comme matériau de base dans la fabrication additive a encore de beaux jours devant elle : "Avec la poudre de métal et les imprimantes 3D, il est possible de personnaliser une forme et une fonction uniques, totalement conformes aux souhaits du client et avec un minimum de perte de matériau", explique Dilip Chandrasekaran.
"Cette technologie est déjà utilisée commercialement aujourd'hui, par exemple pour la production en petites séries de certains composants d'avions, mais la production en grandes quantités est encore loin d'être une réalité. Ce dont nous avons besoin, c'est de réduire les coûts de production et de veiller à ce que le produit final réponde aux mêmes exigences de précision, de résistance, etc. que celles qui s'appliquent aujourd'hui".
Sandvik investit massivement dans ce domaine et a développé une expertise de premier plan tout au long de la chaîne de valeur de la fabrication additive, du concept à la production en série. L'entreprise occupe une position de leader dans la production de poudre métallique à particules fines qui est proposée non seulement sous forme d'acier inoxydable, mais aussi sous forme d'une gamme d'alliages basés sur des métaux tels que le nickel, le cobalt/chrome et le titane.