КАРБИД КРЕМНИЯ: ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2024

Карбид кремния представляет собой твердую ковалентный , состоящие из углерода и кремния. Это очень сложно со значением от 9,0 до 10 по шкале Мооса, а его химическая формула - SiC, что может предполагать, что углерод связан с кремнием ковалентной тройной связью с положительным зарядом (+ ) на Si и отрицательный заряд (-) на углероде ( ⁺ Si≡C ^- ).

На самом деле связи в этом соединении совершенно другие. Он был открыт в 1824 году шведским химиком Йеном Якобом Берцелиусом при попытке синтезировать алмазы. В 1893 году французский ученый Анри Муассани открыл минерал, в состав которого входил карбид кремния.

Это открытие было сделано при исследовании образцов горных пород из кратера метеорита в Каньоне Дьявола, США. Он назвал этот минерал муассанитом. С другой стороны, Эдвард Гудрич Ачесон (1894 г.) создал метод синтеза карбида кремния путем взаимодействия песка или кварца высокой чистоты с нефтяным коксом.

Гудрич назвал полученный продукт карборундом (или карборундом) и основал компанию по производству абразивов.

Химическая структура

Верхнее изображение иллюстрирует кубическую и кристаллическую структуру карбида кремния. Это расположение такое же, как и у алмаза, несмотря на разницу в атомных радиусах между C и Si.

Все связи являются сильно ковалентными и направленными, в отличие от ионных твердых тел и их электростатических взаимодействий.

SiC образует молекулярные тетраэдры; то есть все атомы связаны с четырьмя другими. Эти тетраэдрические звенья соединены ковалентными связями, принимая слоистые кристаллические структуры.

Кроме того, эти слои имеют свои собственные кристаллы трех типов: A, B и C.

Другими словами, слой A отличается от слоя B, а последний - от слоя C. Таким образом, кристалл SiC состоит из наложения последовательности слоев, явления, известного как политипизм.

Например, кубический политип (подобный алмазу) состоит из стопки слоев ABC и, следовательно, имеет кристаллическую структуру 3C.

Другие стопки этих слоев также создают другие структуры между этими ромбоэдрическими и гексагональными политипами. Фактически, кристаллические структуры SiC превращаются в «кристаллический беспорядок».

Простейшая гексагональная структура для SiC, 2H (верхнее изображение), образуется в результате наложения слоев с последовательностью ABABA … После каждых двух слоев последовательность повторяется, и отсюда происходит цифра 2 ,

свойства

Общие свойства

Молярная масса

40,11 г / моль

Внешность

Это зависит от метода получения и используемых материалов. Это могут быть: желтые, зеленые, черновато-синие или переливающиеся кристаллы.

плотность

3,16 г / см3

Температура плавления

2830 ° С.

Показатель преломления

2,55.

Кристаллы

Есть полиморфизмы: гексагональные кристаллы αSiC и кубические кристаллы βSiC.

твердость

От 9 до 10 по шкале Мооса.

Устойчивость к химическим агентам

Устойчив к действию сильных кислот и щелочей. Также карбид кремния химически инертен .

Тепловые свойства

- Высокая теплопроводность.

- Выдерживает высокие температуры.

- Высокая теплопроводность.

- Низкий коэффициент линейного теплового расширения, поэтому он поддерживает высокие температуры с низким расширением.

- Устойчив к термическому удару.

Механические свойства

- Высокая устойчивость к сжатию.

- Устойчив к истиранию и коррозии.

- Это легкий материал, обладающий большой прочностью и стойкостью.

- Сохраняет эластичность при высоких температурах.

свойства

Это полупроводник, который может выполнять свои функции при высоких температурах и экстремальных напряжениях с незначительным рассеиванием его мощности в электрическом поле.

Приложения

Как абразив

- Карбид кремния - это полупроводник, способный выдерживать высокие температуры, высокое напряжение или градиенты электрического поля в 8 раз больше, чем кремний. По этой причине он полезен при создании диодов, транзисторов, ограничителей и высокоэнергетических СВЧ-устройств.

- Из компаунда изготавливаются светодиоды (светодиоды) и детекторы первых радиоприемников (1907 г.). В настоящее время при производстве светодиодных ламп карбид кремния заменен нитридом галлия, который излучает свет в 10–100 раз ярче.

- В электрических системах карбид кремния используется в качестве громоотвода в системах электроснабжения, поскольку они могут регулировать его сопротивление, регулируя напряжение на нем.

В виде структурированной керамики

- В процессе, известном как спекание, частицы карбида кремния, а также частицы сопутствующих частиц нагреваются до температуры ниже температуры плавления этой смеси. Таким образом, он увеличивает сопротивление и прочность керамического объекта, образуя прочные связи между частицами.

- Конструкционная керамика из карбида кремния находит широкое применение. Они используются в дисковых тормозах и сцеплениях автомобилей, в сажевых фильтрах и в качестве присадки к маслам для уменьшения трения.

- Использование конструкционной керамики из карбида кремния стало широко распространенным в деталях, подвергающихся воздействию высоких температур. Например, это горловина форсунок ракет и ролики печей.

- Сочетание высокой теплопроводности, твердости и высокой температурной стабильности делает детали трубок теплообменников изготовленными из карбида кремния.

- Конструкционная керамика используется в форсунках пескоструйной очистки, уплотнениях автомобильных водяных насосов, подшипниках и пресс-формах. Это также материал для тиглей, используемых при плавке металлов.

- Входит в состав нагревательных элементов, используемых при выплавке стекла и цветных металлов, а также при термической обработке металлов.

Другое использование

- Его можно использовать для измерения температуры газов. В методе, известном как пирометрия, нить из карбида кремния нагревается и испускает излучение, которое коррелирует с температурой в диапазоне 800-2500ºK.

- Он используется на атомных станциях для предотвращения утечки материала, полученного при делении.

- При производстве стали используется как топливо.

Ссылки

1. Николас Г. Райт, Олтон Б. Хорсфолл. Карбид кремния: возвращение старого друга. Существенные вопросы, том 4, статья 2. Получено 5 мая 2018 г. с: sigmaaldrich.com
2. Джон Фейтфулл. (Февраль 2010 г.). Кристаллы карборунда. Получено 5 мая 2018 г. с: commons.wikimedia.org.
3. Чарльз и Колвард. Политипизм и муассанит. Получено 5 мая 2018 г. с сайта moissaniteitalia.com.
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. , Получено 5 мая 2018 г. с: commons.wikimedia.org.
5. Wikipedia. (2018). Карбид кремния. Получено 5 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
6. Navarro SiC. (2018). Карбид кремния. Получено 5 мая 2018 г. с: navarrosic.com
7. Университет Барселоны. Карбид кремния, SiC. Получено 5 мая 2018 г. с: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Карбид кремния. Получено 5 мая 2018 г. с сайта carbosystem.com.