Kemisk karbidkemisk struktur, egenskaber og anvendelser

den siliciumcarbid det er et kovalent faststof dannet af carbon og silicium. Det er af stor hårdhedsværdi på 9,0 til 10 på Mohs-skalaen, og dens kemiske formel er SiC, hvilket kan føre til at tænke, at carbon er forbundet med silicium ved en tredobbelt kovalent binding, med en positiv ladning (+ ) i Si og en negativ ladning (-) i carbonet (⁺Si≡C^-).

Faktisk er forbindelserne i denne forbindelse helt forskellige. Det blev opdaget i 1824 af den svenske kemiker Jön Jacob Berzelius, mens han forsøgte at syntetisere diamanter. I 1893 opdagede den franske videnskabsmand Henry Moissani et mineral, hvis sammensætning indeholdt siliciumcarbid.

Denne opdagelse blev foretaget under undersøgelse af stenprøver fra et meteoritkrater i Devil's Canyon, USA. UU. Han kaldte dette mineral som moissanit. Endvidere Edward Goodrich Acheson (1894) etableret en fremgangsmåde til syntese siliciumcarbid eller kvartssand ved omsætning høj renhed petroleumskoks.

Goodrich opkaldt carborundum (eller carborundium) til den opnåede vare og grundlagde et firma for at fremstille slibemidler.

indeks

• 1 Kemisk struktur
• 2 Egenskaber
  • 2.1 Generelle egenskaber
  • 2.2 Termiske egenskaber
  • 2.3 Mekaniske egenskaber
  • 2.4 Elektriske egenskaber
• 3 anvendelser
  • 3.1 Som slibemiddel
  • 3.2 I form af struktureret keramik
  • 3.3 Andre anvendelser
• 4 referencer

Kemisk struktur

Det øverste billede illustrerer den kubiske og krystallinske struktur af siliciumcarbid. Dette arrangement er det samme som for diamanten, på trods af forskellene i atomradiussen mellem C og Si.

Alle forbindelserne er stærkt kovalente og retningsbestemte, i modsætning til de ioniske faste stoffer og deres elektrostatiske interaktioner.

SiC danner molekylært tetrahedra; Det vil sige, at alle atomer er forbundet med fire andre. Disse tetrahedrale enheder er sammenføjet med kovalente bindinger ved at vedtage krystallinske strukturer ved lag.

Disse lag har også deres egne krystalarrangementer, der er af tre typer: A, B og C.

Det vil sige, at et lag A er forskelligt fra B og denne til C. Således består krystallet af SiC af stablingen af ​​en sekvens af lag, der forekommer fænomenet kendt som politipisme.

For eksempel består den kubiske polytype (ligner den af ​​diamant) af en stabel af lag ABC og har derfor en krystalstruktur 3C.

Andre stabler af disse lag genererer også andre strukturer, blandt disse rhombohedrale og hexagonale polytyper. Faktisk ender de krystallinske strukturer af SiC til at være en "krystallinsk lidelse".

Den enkleste sekskantede struktur for SiC, den 2H (ovenfor), er udformet som et resultat af stabling lag med ABABA sekvens ... Han hver to lag sekvensen gentages, og der er, hvor nummer 2 opstår.

egenskaber

Generelle egenskaber

Molær masse

40,11 g / mol

udseende

Afviger med fremgangsmåden til opnåelse og de anvendte materialer. Det kan være: gul, grøn, sortblåt eller iriserende krystaller.

tæthed

3,16 g / cm3

Smeltepunkt

2830 ºC.

Brydningsindeks

2,55.

krystaller

Der er polymorfisme: aSiC hexagonale krystaller og βSiC kubiske krystaller.

hårdhed

9 til 10 på Mohs skalaen.

Modstandsdygtighed over for kemiske stoffer

Det er modstandsdygtigt over for virkningen af ​​stærke syrer og alkalier. Derudover er siliciumcarbid kemisk inert.

Termiske egenskaber

- Høj termisk ledningsevne.

- Modstår store temperaturer.

- Høj termisk ledningsevne.

- Koefficient for lineær termisk udvidelse lav, som understøtter høje temperaturer med lav ekspansion.

- Modstandsdygtig over for termisk chok.

Mekaniske egenskaber

- Høj trykstyrke.

- Modstandsdygtig over for slid og korrosion.

- Det er et letvægtsmateriale med stor styrke og modstand.

- Bevarer sin elastiske modstand ved høje temperaturer.

egenskaber magt

Det er en halvleder, der kan opfylde sine funktioner ved høje temperaturer og ekstreme spændinger, med lidt spredning af dens strøm til det elektriske felt.

applikationer

Som slibemiddel

- Siliconcarbid er en halvleder, der er i stand til at modstå høje temperaturer, højspænding eller elektriske feltgradienter 8 gange mere end silicium kan modstå. Det er derfor, det er nyttigt ved konstruktion af dioder, transducere, suppressorer og mikrobølgeanordninger med høj energi.

- Lysdioder (LED'er) og detektorerne fra de første radioer (1907) fremstilles med forbindelsen. I øjeblikket er siliciumcarbid blevet erstattet ved fremstilling af LED-pærer af galliumnitrid, der udsender et lys fra 10 til 100 gange lysere.

- I elektriske systemer anvendes siliciumcarbid som lynstang i elektriske systemer, da de kan regulere deres modstand ved at regulere spændingen gennem dette.

I form af struktureret keramik

- I en proces, der kaldes sintring, opvarmes siliciumcarbidpartiklerne - såvel som de af ledsagerne - til en temperatur, der er lavere end smeltetemperaturen af ​​denne blanding. Det øger således styrken og styrken af ​​det keramiske objekt ved at danne stærke bindinger mellem partiklerne.

- Strukturkeramikken af ​​siliciumcarbid har haft en bred vifte af anvendelser. De bruges i skivebremser og i koblinger af motorkøretøjer, i partikelfiltre til stede i diesel og som additiv i olier for at reducere friktion.

- Anvendelserne af siliciumcarbidkonstruktion er blevet udbredt i de dele, der udsættes for høje temperaturer. For eksempel er det tilfældet med halsen på raketinjektorerne og rullerne i ovnen.

- Kombinationen af ​​høj termisk ledningsevne, hårdhed og høj temperatur stabilitet gør komponenterne i varmevekslerrør med siliciumcarbid.

- Strukturelle keramik anvendes til sandblæsningsinjektorer, automotiveforseglinger af vandpumper, lejer og ekstruderingsdyser. Det udgør også materialet af crucibles, der anvendes i metalstøbningen.

- Det er en del af de varmeelementer, der anvendes til smeltning af glas og ikke-jernholdige metaller, såvel som ved varmebehandling af metaller.

Andre anvendelser

- Det kan bruges i gastemperaturmåling. I en teknik kendt som pyrometri opvarmes en siliciumcarbidfilament og udsender stråling, der korrelerer med temperaturer i en rækkevidde af 800-2500 ºK.

- Det bruges i atomkraftværker for at forhindre lækage af materiale produceret ved fission.

- Ved produktion af stål anvendes den som brændstof.

referencer

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Siliciumcarbid: Tilbagevenden af ​​en gammel ven. Materiale Mængde Volumen 4 Artikel 2. Hentet den 5. maj 2018, fra: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull (Februar 2010). Carborundum krystaller. Hentet den 5. maj 2018, fra: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypisme og Moissanit. Hentet den 5. maj 2018, fra: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [Figur]. Hentet den 5. maj 2018, fra: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Siliciumcarbid. Hentet den 5. maj 2018, fra: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Siliciumcarbid. Hentet den 5. maj 2018, fra: navarrosic.com
7. University of Barcelona. Siliciumcarbid, SiC. Hentet den 5. maj 2018, fra: ub.edu
8. Carbosystem. (2018). Siliciumcarbid. Hentet den 5. maj 2018, fra: carbosystem.com