Kemična struktura, lastnosti in uporaba silicijevega karbida



The silicijevega karbida je kovalentna trdna snov, ki jo tvori ogljik in silicij. Ima veliko trdoto z vrednostjo od 9,0 do 10 po Mohsovi lestvici, njegova kemijska formula pa je SiC, kar lahko nakazuje, da je ogljik vezan na silicij s trojno kovalentno vezjo s pozitivnim nabojem (+ ) v Si in negativnem naboju (-) v ogljiku (+Si≡C-).

Pravzaprav so povezave v tej spojini popolnoma drugačne. Leta 1824 ga je odkril švedski kemik Jön Jacob Berzelius, medtem ko je poskušal sintetizirati diamante. Leta 1893 je francoski znanstvenik Henry Moissani odkril mineral, katerega sestava je vsebovala silicijev karbid.

To odkritje je bilo opravljeno med pregledovanjem vzorcev kamenja iz meteoritskega kraterja v Devil's Canyon, ZDA. UU Ta mineral je poimenoval moissanite. Po drugi strani pa je Edward Goodrich Acheson (1894) ustvaril metodo za sintetizacijo silicijevega karbida z reagiranjem peska ali kvarca visoke čistosti z naftnim koksom..

Goodrich je imenovan karborund (ali karborund) za izdelek, ki je bil pridobljen, in ustanovil podjetje za proizvodnjo abrazivov.

Indeks

  • 1 Kemijska struktura
  • 2 Lastnosti
    • 2.1 Splošne lastnosti
    • 2.2 Toplotne lastnosti
    • 2.3 Mehanske lastnosti
    • 2.4 Električne lastnosti
  • 3 Uporabe
    • 3.1 Kot abraziv
    • 3.2 V obliki strukturirane keramike
    • 3.3 Druge uporabe
  • 4 Reference

Kemijska struktura

Zgornja slika prikazuje kubično in kristalno strukturo silicijevega karbida. Ta razporeditev je enaka kot pri diamantu, kljub razlikam atomskih polmerov med C in Si.

Vse povezave so močno kovalentne in usmerjene, za razliko od ionskih trdnih snovi in ​​njihovih elektrostatičnih interakcij.

SiC tvori molekularne tetraedre; to pomeni, da so vsi atomi povezani s štirimi drugimi. Te tetraedrske enote so združene s kovalentnimi vezmi, ki sprejemajo kristalne strukture po slojih.

Tudi te plasti imajo lastne kristalne ureditve, ki so treh vrst: A, B in C.

To pomeni, da je sloj A drugačen od B, in to od ene do C. Tako je kristal SiC sestavljen iz zlaganja zaporedja plasti, ki nastane pojav, znan kot politipizem..

Na primer, kubični politip (podoben diamantu) je sestavljen iz skladov ABC in ima zato kristalno strukturo 3C.

Drugi nizi teh plasti ustvarjajo tudi druge strukture, med temi romboedrični in heksagonalni polipoti. Pravzaprav so kristalne strukture SiC na koncu "kristalne motnje"..

Najenostavnejša šesterokotna struktura za SiC, 2H (zgornja slika), nastane kot posledica zlaganja plasti z ABABA zaporedjem ... Po vsakih dveh plasti se zaporedje ponovi, in to je od kod prihaja številka 2..

Lastnosti

Splošne lastnosti

Molarna masa

40,11 g / mol

Videz

Odvisno od metode pridobivanja in uporabljenih materialov. Lahko so: rumeni, zeleni, črno modri ali prelivi kristali.

Gostota

3,16 g / cm3

Tališče

2830 ° C.

Indeks refrakcije

2.55.

Kristali

Obstaja polimorfizem: αSiC heksagonalni kristali in βSiC kubični kristali.

Trdota

9 do 10 po Mohsovi lestvici.

Odpornost na kemične snovi

Odporna je na delovanje močnih kislin in alkalij. Poleg tega je silicijev karbid kemično inerten.

Toplotne lastnosti

- Visoka toplotna prevodnost.

- Prenese velike temperature.

- Visoka toplotna prevodnost.

- Koeficient linearnega toplotnega raztezanja nizek, ki podpira visoke temperature z nizko ekspanzijo.

- Odporen na toplotni šok.

Mehanske lastnosti

- Visoka tlačna trdnost.

- Odporen na obrabo in korozijo.

- Je lahek material velike moči in odpornosti.

- Ohranja svojo elastično odpornost pri visokih temperaturah.

Lastnosti električni

To je polprevodnik, ki lahko izpolnjuje svoje funkcije pri visokih temperaturah in ekstremnih napetostih, z majhnim odvajanjem moči na električno polje..

Uporabe

Kot abraziv

- Silicijev karbid je polprevodnik, ki lahko vzdrži visoke temperature, visoko napetost ali gradient električnega polja, 8-krat večji od silikona. Zato je uporaben pri gradnji diod, pretvornikov, dušilcev in visokoenergetskih mikrovalovnih naprav.

- S spojino izdelujemo svetleče diode (LED) in detektorje prvih radijskih sprejemnikov (1907). Trenutno je silicijev karbid zamenjan pri proizvodnji LED-žarnic s galijevim nitridom, ki oddaja svetlobo od 10 do 100-krat svetlejšo.

- V električnih sistemih se silicijev karbid uporablja kot strelovod v elektroenergetskih sistemih, saj lahko uravnavajo svojo upornost z uravnavanjem napetosti skozi to..

V obliki strukturirane keramike

- V postopku, ki je znan kot sintranje, se delci silicijevega karbida - kot tudi tisti od spremljevalcev - segrejejo na temperaturo, ki je nižja od tališča te zmesi. Tako poveča trdnost in moč keramičnega objekta, tako da tvori močne vezi med delci.

- Strukturna keramika silicijevega karbida ima široko paleto uporab. Uporabljajo se v kolutnih zavorah in v sklopkah motornih vozil, v filtrih za trdne delce v dizelskem gorivu in kot dodatek v olju za zmanjšanje trenja.

- Uporaba strukturne keramike iz silicijevega karbida je postala razširjena v delih, izpostavljenih visokim temperaturam. To na primer velja za grlo vbrizgalnikov in valjev peči.

- Kombinacija visoke toplotne prevodnosti, trdote in visoke temperaturne stabilnosti je sestavni del toplotnih izmenjevalnih cevi s silicijevim karbidom.

- Strukturna keramika se uporablja v brizgalnih brizgalnih strojih, avtomobilskih tesnil vodnih črpalk, ležajev in ekstruzijskih matric. Prav tako predstavlja material iz lončkov, ki se uporabljajo pri litju kovin.

- Je del grelnih elementov, ki se uporabljajo pri taljenju stekla in barvnih kovin, kot tudi pri toplotni obdelavi kovin..

Druge uporabe

- Uporablja se lahko pri merjenju temperature plina. V tehniki, znani kot pirometrija, se segreje filament silicijevega karbida in oddaja sevanje, ki je povezano s temperaturo v območju 800-2500 ºK..

- Uporablja se v jedrskih elektrarnah, da se prepreči uhajanje materiala, ki ga proizvede cepitev.

- Pri proizvodnji jekla se uporablja kot gorivo.

Reference

  1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicijev karbid: vrnitev starega prijatelja. Materialne zadeve Zvezek 4 Člen 2. Vzpostavljeno 5. maja 2018, iz: sigmaaldrich.com
  2. John Faithfull (Februar 2010). Kristali karborunda. Pridobljeno 5. maja 2018, od: commons.wikimedia.org
  3. Charles & Colvard. Polytypism in Moissanite. Vzpostavljeno 5. maja 2018, iz: moissaniteitalia.com
  4. Materialni znanstvenik. (2014). SiC2HstructureA. [Slika] Pridobljeno 5. maja 2018, od: commons.wikimedia.org
  5. Wikipedija. (2018). Silicijev karbid. Pridobljeno 5. maja 2018, s strani: en.wikipedia.org
  6. Navarro SiC. (2018). Silicijev karbid. Vzpostavljeno 5. maja 2018, od: navarrosic.com
  7. Univerza v Barceloni. Silicijev karbid, SiC. Vzpostavljeno 5. maja 2018, iz: ub.edu
  8. CarboSystem. (2018). Silicijev karbid. Vzpostavljeno 5. maja 2018, iz: carbosystem.com