SILICIO KARBIDAS: CHEMINĖ STRUKTŪRA, SAVYBĖS IR PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Silicio karbido yra kietas kovalentinis, susidedantis iš anglies ir silicio. Jis yra labai kietas (jo vertė yra nuo 9,0 iki 10 pagal Moho skalę), o jo cheminė formulė yra SiC, o tai gali leisti manyti, kad anglis prie silicio yra sujungta kovalentine triguba jungtimi su teigiamu krūviu (+). ) ant Si ir neigiamas krūvis (-) anglies ( ⁺ Si≡C ^- ).

Tiesą sakant, šio junginio jungtys yra visiškai skirtingos. Jį 1824 metais atrado švedų chemikas Jön Jacob Berzelius, bandydamas sintetinti deimantus. 1893 m. Prancūzų mokslininkas Henry Moissani atrado mineralą, kurio sudėtyje buvo silicio karbido.

Šis atradimas buvo atliktas tiriant uolienų pavyzdžius iš meteorito kraterio Velnio kanjone, JAV. Jis pavadino šį mineralą moissanite. Kita vertus, Edwardas Goodrichas Achesonas (1894) sukūrė silicio karbido sintezės metodą, reaguodamas į labai gryną smėlį ar kvarcą su naftos koksu.

Goodrichas gautą produktą pavadino carborundum (arba carborundium) ir įkūrė abrazyvų gamybos įmonę.

Cheminė struktūra

Viršutinis paveikslėlis iliustruoja kubinę ir kristalinę silicio karbido struktūrą. Ši struktūra yra tokia pati kaip deimanto, nepaisant atominių spindulių skirtumų tarp C ir Si.

Visi ryšiai yra stipriai kovalentiniai ir kryptiniai, skirtingai nei joninės kietosios medžiagos ir jų elektrostatinė sąveika.

SiC sudaro molekulinę tetraedrą; tai yra, visi atomai yra susieti su keturiais kitais. Šie tetraedriniai vienetai yra sujungti kovalentinėmis jungtimis, įgaunant sluoksnines kristalines struktūras.

Taip pat šie sluoksniai turi savo kristalų išdėstymą, kuris yra trijų tipų: A, B ir C.

Kitaip tariant, sluoksnis A skiriasi nuo sluoksnio B, o pastarasis - nuo C. Taigi, SiC kristalą sudaro sluoksnių sekos, suformuojamos kaip politypizmas, sukravimas.

Pavyzdžiui, kubinis polipas (panašus į deimantą) susideda iš krūvos ABC sluoksnių, todėl turi 3C kristalų struktūrą.

Kiti šių sluoksnių pluoštai taip pat sukuria kitas struktūras tarp šių romboedrinių ir šešiakampių polipų. Iš tikrųjų SiC kristalinės struktūros yra „kristalinis sutrikimas“.

Paprastiausia SiC šešiakampė struktūra 2H (viršutinis vaizdas) susidaro sudedant sluoksnius su ABABA seka. Po kiekvieno dviejų sluoksnių seka kartojasi ir štai iš kur susidaro skaičius 2. .

Savybės

Bendrosios savybės

Molinė masė

40,11 g / mol

Išvaizda

Tai skiriasi priklausomai nuo gavimo būdo ir naudojamų medžiagų. Tai gali būti: geltoni, žali, juodai melsvi arba rainelės kristalai.

Tankis

3,16 g / cm3

Lydymosi temperatūra

2830 ° C.

Lūžio rodiklis

2.55.

Kristalai

Yra polimorfizmai: αSiC šešiakampiai kristalai ir βSiC kubiniai kristalai.

Kietumas

Nuo 9 iki 10 pagal Moho skalę.

Atsparumas cheminėms medžiagoms

Jis atsparus stiprių rūgščių ir šarmų veikimui. Taip pat silicio karbidas yra chemiškai inertiškas .

Šiluminės savybės

- Didelis šilumos laidumas.

- atlaiko aukštą temperatūrą.

- Didelis šilumos laidumas.

- Žemas linijinis šiluminio plėtimosi koeficientas, todėl palaiko aukštą temperatūrą ir mažai plečiasi.

- Atsparus šilumos smūgiams.

Mechaninės savybės

- didelis atsparumas suspaudimui.

- Atsparus dilimui ir korozijai.

- Tai lengvoji medžiaga, pasižyminti dideliu stiprumu ir atsparumu.

- Išlaiko savo atsparumą elastingumui aukštoje temperatūroje.

Savybės

Tai yra puslaidininkis, galintis atlikti savo funkcijas esant aukštai temperatūrai ir esant ekstremaliai įtampai, mažai išleidžiant savo galią į elektrinį lauką.

Programos

Kaip abrazyvas

- Silicio karbidas yra puslaidininkis, galintis atlaikyti aukštą temperatūrą, aukštos įtampos ar elektrinio lauko gradientus 8 kartus daugiau, nei gali silicis. Dėl šios priežasties jis yra naudingas statant diodus, siųstuvus, slopintuvus ir daug energijos naudojančius mikrobangų įrenginius.

- Su junginiu gaminami šviesos diodai (LED) ir pirmųjų radijo imtuvų detektoriai (1907). Šiuo metu gaminant LED lemputes silicio karbidas buvo pakeistas galio nitridu, kuris skleidžia 10–100 kartų ryškesnę šviesą.

- Elektros sistemose silicio karbidas yra naudojamas kaip žaibolaidis elektros energijos sistemose, nes jie gali sureguliuoti jo varžą, reguliuodami visoje jo įtampą.

Struktūrinės keramikos pavidalu

- Atliekant sukepinimo procesą, silicio karbido dalelės, taip pat kaip ir kompanionų, kaitinamos iki žemesnės nei šio mišinio lydymosi temperatūros. Taigi, padidindamas keramikos objekto atsparumą ir stiprumą, jis sukuria tvirtus ryšius tarp dalelių.

- Silicio karbido struktūrinė keramika buvo plačiai pritaikyta. Jie naudojami diskiniuose stabdžiuose ir variklinių transporto priemonių sankabose, dyzelino kietųjų dalelių filtruose ir kaip priedas alyvose siekiant sumažinti trintį.

- Silikonikarbido struktūrinės keramikos gaminiai tapo plačiai paplitę vietose, kuriose veikiama aukšta temperatūra. Pvz., Tai yra raketų purkštuvų ir krosnių ritinėlių gerklės.

- Didelio šilumos laidumo, kietumo ir aukštos temperatūros stabilumo derinys daro šilumokaičio vamzdžių komponentus, pagamintus iš silicio karbido.

- Konstrukcinė keramika naudojama smėlio srauto purkštuvuose, automobilių vandens siurblių tarpikliuose, guoliuose ir ekstruzijos štampuose. Tai taip pat tiglių medžiaga, naudojama metalų lydymui.

- Tai yra dalis kaitinimo elementų, naudojamų stiklo ir spalvotųjų metalų lydymui, taip pat termiškai apdorojant metalus.

Kiti naudojimo būdai

- Jis gali būti naudojamas dujų temperatūrai matuoti. Taikant metodą, žinomą kaip pirometrija, silicio karbido siūlas kaitinamas ir skleidžia radiaciją, kuri koreliuoja su temperatūra 800–2500ºK diapazone.

- Jis naudojamas atominėse elektrinėse, kad būtų išvengta skilimo metu susidarančių medžiagų nuotėkio.

- Gaminant plieną jis naudojamas kaip kuras.

Nuorodos

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicio karbidas: seno draugo sugrįžimas. „Material Matters“, 4 tomas. 2 straipsnis. Gauta 2018 m. Gegužės 5 d. Iš: sigmaaldrich.com
2. Johnas Faithfullas. (2010 m. Vasario mėn.). Karborundo kristalai. Gauta 2018 m. Gegužės 5 d. Iš: commons.wikimedia.org
3. Charlesas ir Kolvardas. Polipatizmas ir moissanitas. Gauta 2018 m. Gegužės 5 d. Iš: moissaniteitalia.com
4. Medžiagų mokslininkas. (2014). SiC2StruktūraA. . Gauta 2018 m. Gegužės 5 d. Iš: commons.wikimedia.org
5. Vikipedija. (2018 m.). Silicio karbidas. Gauta 2018 m. Gegužės 5 d. Iš: en.wikipedia.org
6. „Navarro SiC“. (2018 m.). Silicio karbidas. Gauta 2018 m. Gegužės 5 d. Iš: navarrosic.com
7. Barselonos universitetas. Silicio karbidas, SiC. Gauta 2018 m. Gegužės 5 d. Iš: ub.edu
8. „CarboSystem“. (2018 m.). Silicio karbidas. Gauta 2018 m. Gegužės 5 d. Iš: carbosystem.com