Kiselkarbid Kjemisk struktur, egenskaper og bruksområder

den silisiumkarbid Det er et kovalent faststoff dannet av karbon og silisium. Det har stor hardhet med en verdi på 9,0 til 10 på Mohs-skalaen, og dens kjemiske formel er SiC, noe som kan tyde på at karbon er bundet til silisium ved hjelp av en tredobbelt kovalent binding, med positiv ladning (+ ) i Si og en negativ ladning (-) i karbonet (⁺Si≡C^-).

Faktisk er koblingene i denne forbindelsen helt forskjellige. Det ble oppdaget i 1824 av den svenske kjemikeren Jön Jacob Berzelius, mens han prøvde å syntetisere diamanter. I 1893 oppdaget den franske forskeren Henry Moissani et mineral hvis sammensetning inneholdt silisiumkarbid.

Denne oppdagelsen ble gjort under undersøkelse av steinprøver fra et meteorittkrater i Devil's Canyon, USA. UU. Han kalte dette mineral som moissanitt. På den annen side skapte Edward Goodrich Acheson (1894) en metode for å syntetisere silisiumkarbid ved å reagere sanden eller høy renhetskvarts med petroleumskoks.

Goodrich kalt karborundum (eller karborundium) til produktet som er oppnådd og grunnla et selskap for å produsere slipemidler.

index

• 1 Kjemisk struktur
• 2 Egenskaper
  • 2.1 Generelle egenskaper
  • 2.2 Termiske egenskaper
  • 2.3 Mekaniske egenskaper
  • 2.4 Elektriske egenskaper
• 3 bruksområder
  • 3.1 Som et slipemiddel
  • 3.2 I form av strukturert keramikk
  • 3.3 Andre anvendelser
• 4 referanser

Kjemisk struktur

Det øvre bildet illustrerer kubisk og krystallinsk struktur av silisiumkarbid. Dette arrangementet er det samme som for diamanten, til tross for forskjellene i atomradiusene mellom C og Si.

Alle koblingene er sterkt kovalente og retningsbestemte, i motsetning til de ioniske faste stoffer og deres elektrostatiske interaksjoner.

SiC danner molekylært tetrahydra; det vil si at alle atomer er knyttet til fire andre. Disse tetrahedriske enhetene er sammenblandet av kovalente bindinger ved å vedta krystallinske strukturer av lag.

Dessuten har disse lagene sine egne krystallarrangementer, som er av tre typer: A, B og C.

Det vil si at et lag A er forskjellig fra B, og dette til C. Således består krystallet av SiC av stabling av en sekvens av lag som forekommer fenomenet kjent som politipisme.

For eksempel består den kubiske polytypen (ligner den av diamant) av en stabel med lag ABC og har derfor en krystallstruktur 3C.

Andre stabler av disse lagene genererer også andre strukturer, blant disse rhomboedrale og sekskantede polytyper. Faktisk blir de krystallinske strukturer av SiC en "krystallinsk lidelse".

Den enkleste sekskantede strukturen for SiC, 2H (øvre bilde), dannes som et resultat av stabling av lagene med ABABA-sekvensen ... Etter hvert to lag blir sekvensen gjentatt, og det er hvor nummer 2 kommer fra.

egenskaper

Generelle egenskaper

Molar masse

40,11 g / mol

utseende

Avhenger av metoden for innhenting og materialene som brukes. Det kan være: gul, grønn, svarte blå eller iriserende krystaller.

tetthet

3,16 g / cm3

Smeltepunkt

2830 ºC.

Brytningsindeks

2,55.

krystallene

Det er polymorfisme: aSiC sekskantiske krystaller og βSiC kubiske krystaller.

hardhet

9 til 10 på Mohs skalaen.

Motstand mot kjemiske midler

Det er motstandsdyktig mot virkningen av sterke syrer og alkalier. I tillegg er silisiumkarbid kjemisk inert.

Termiske egenskaper

- Høy termisk ledningsevne.

- Tåler store temperaturer.

- Høy termisk ledningsevne.

- Koeffisient av lineær termisk ekspansjon lav, som støtter høye temperaturer med lav ekspansjon.

- Motstandsdyktig mot termisk sjokk.

Mekaniske egenskaper

- Høy trykkfasthet.

- Motstandsdyktig mot slitasje og korrosjon.

- Det er et lett materiale med stor styrke og motstand.

- Opprettholder elastisk motstand ved høye temperaturer.

egenskaper makt

Det er en halvleder som kan oppfylle sine funksjoner ved høye temperaturer og ekstreme spenninger, med liten spredning av strømmen til det elektriske feltet.

søknader

Som et slipemiddel

- Silisiumkarbid er en halvleder som er i stand til å motstå høye temperaturer, høyspenning eller elektriske feltgradienter 8 ganger mer enn silisium kan tåle. Dette er grunnen til at det er nyttig ved konstruksjon av dioder, transdusere, suppressorer og mikroenheter med høy energi.

- Lysdioder (LED) og detektorer av de første radioene (1907) er produsert med forbindelsen. For tiden har silisiumkarbid blitt erstattet ved fremstilling av LED-pærer av galliumnitrid som gir et lys fra 10 til 100 ganger lysere.

- I elektriske systemer brukes silisiumkarbid som en lynstang i elektriske anlegg, da de kan regulere motstanden ved å regulere spenningen gjennom dette.

I form av strukturert keramikk

- I en prosess som kalles sintring, blir silisiumkarbidpartiklene - så vel som de som ledsagerne - oppvarmet til en temperatur lavere enn smeltetemperaturen til denne blandingen. Derved øker det styrke og styrke av det keramiske objektet ved å danne sterke bindinger mellom partiklene.

- Strukturkeramikken til silisiumkarbid har hatt et bredt spekter av bruksområder. De brukes i skivebremser og i koblinger av motorvogner, i partikkelfiltre som er til stede i diesel og som tilsetningsstoff i oljer for å redusere friksjon.

- Bruken av silisiumkarbidkonstruksjonskeramikk har blitt utbredt i delene utsatt for høye temperaturer. For eksempel er dette tilfelle av rakettinjektorens hals og rullene til ovnen.

- Kombinasjonen av høy termisk ledningsevne, hardhet og høy temperaturstabilitet gjør komponentene til varmevekslerrør med silisiumkarbid.

- Strukturell keramikk brukes i sandblåsingsinjektorer, automotive tetninger av vannpumper, lagre og ekstruderingsformer. Det utgjør også materialet av crucibles, brukt i metallstøping.

- Det er en del av varmeelementene som brukes ved smelting av glass og ikke-jernholdige metaller, samt ved varmebehandling av metaller.

Andre bruksområder

- Det kan brukes i gass temperatur måling. I en teknikk som kalles pyrometri, oppvarmes en silisiumkarbidfilament og utsender stråling som korrelerer med temperaturer i en rekkevidde av 800-2500 ºK.

- Det brukes i kjernefysiske anlegg for å hindre lekkasje av materiale produsert ved fisjon.

- Ved produksjon av stål brukes den som drivstoff.

referanser

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silisiumkarbid: Retur av en gammel venn. Material Matters Volume 4 Artikkel 2. Hentet den 5. mai 2018, fra: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull (Februar 2010). Carborundum krystaller. Hentet 5. mai 2018, fra: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypisme og Moissanite. Hentet mai 05, 2018, fra: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [Figur]. Hentet 5. mai 2018, fra: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silisiumkarbid. Hentet 5. mai 2018, fra: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silisiumkarbid. Hentet mai 05, 2018, fra: navarrosic.com
7. Universitetet i Barcelona. Silisiumkarbid, SiC. Hentet mai 05, 2018, fra: ub.edu
8. Carbosystem. (2018). Silisiumkarbid. Hentet mai 05, 2018, fra: carbosystem.com