Kemijska struktura, svojstva i upotreba silicijevog karbida



silicij karbid to je kovalentna krutina koju tvore ugljik i silicij. Ima veliku tvrdoću vrijednosti od 9.0 do 10 na Mohsovoj skali, a njegova kemijska formula je SiC, što može sugerirati da je ugljik vezan na silicij trostrukom kovalentnom vezom, s pozitivnim nabojem (+ ) u Si i negativnom naboju (-) u ugljiku (+Si≡C-).

Zapravo, veze u ovom spoju su potpuno različite. Otkrio ga je 1824. godine švedski kemičar Jön Jacob Berzelius, pokušavajući sintetizirati dijamante. Godine 1893. francuski znanstvenik Henry Moissani otkrio je mineral čiji sastav sadrži silicij-karbid.

Ovo otkriće napravljeno je tijekom ispitivanja uzoraka stijena iz kratera meteorita u Devil's Canyonu, SAD. UU. Ovaj mineral nazvao je moissanite. S druge strane, Edward Goodrich Acheson (1894) stvorio je metodu za sintezu silicijevog karbida, reagirajući pijesak ili kvarc visoke čistoće s naftnim koksom..

Goodrich zove carborundum (ili carborundium) na proizvod dobiven i osnovana tvrtka za proizvodnju abraziva.

indeks

  • 1 Kemijska struktura
  • 2 Svojstva
    • 2.1 Opća svojstva
    • 2.2 Toplinska svojstva
    • 2.3 Mehanička svojstva
    • 2.4 Električna svojstva
  • 3 Upotreba
    • 3.1 Kao abraziv
    • 3.2 U obliku strukturirane keramike
    • 3.3 Druge namjene
  • 4 Reference

Kemijska struktura

Gornja slika prikazuje kubičnu i kristalnu strukturu silicijevog karbida. Taj raspored je isti kao i kod dijamanta, unatoč razlikama atomskih radijusa između C i Si.

Sve su veze snažno kovalentne i usmjerene, za razliku od ionskih krutina i njihovih elektrostatskih interakcija.

SiC tvori molekularne tetraedre; to jest, svi atomi su povezani s četiri druga. Ove tetraedarske jedinice spojene su kovalentnim vezama, usvajajući kristalne strukture po slojevima.

Također, ovi slojevi imaju svoje vlastite kristalne aranžmane, koji su tri vrste: A, B i C.

Odnosno, sloj A je različit od B, a ovaj na C. Dakle, kristal SiC se sastoji od slaganja niza slojeva, pojavljuje se fenomen poznat kao politipizam.

Primjerice, kubični polipotip (sličan dijamantnom) sastoji se od hrpe slojeva ABC i stoga ima kristalnu strukturu 3C.

Drugi hrpe ovih slojeva također stvaraju druge strukture, među tim romboedarnim i heksagonalnim polipisima. Zapravo, kristalne strukture SiC završavaju kao "kristalni poremećaj".

Najjednostavnija šesterokutna struktura za SiC, 2H (gornja slika), nastaje kao rezultat slaganja slojeva s ABABA sekvencom ... Nakon svakog dva sloja slijed se ponavlja, a to je odakle dolazi broj 2.

nekretnine

Opća svojstva

Molarna masa

40,11 g / mol

izgled

Razlikuje se s načinom dobivanja i korištenim materijalima. Može biti: žuti, zeleni, crnkasto plavi ili prelijevajući kristali.

gustoća

3,16 g / cm3

Točka taljenja

2830 ° C.

Indeks loma

2.55.

kristali

Postoji polimorfizam: αSiC heksagonalni kristali i βSiC kubični kristali.

tvrdoća

9 do 10 na Mohsovoj skali.

Otpornost na kemijska sredstva

Otporan je na djelovanje jakih kiselina i lužina. Osim toga, silicijev karbid je kemijski inertan.

Toplinska svojstva

- Visoka toplinska vodljivost.

- Podnosi velike temperature.

- Visoka toplinska vodljivost.

- Koeficijent linearnog toplinskog širenja nizak, koji podržava visoke temperature s niskim širenjem.

- Otporan na toplinski šok.

Mehanička svojstva

- Visoka tlačna čvrstoća.

- Otporan na abraziju i koroziju.

- To je lagani materijal velike čvrstoće i otpornosti.

- Održava svoju elastičnu otpornost na visokim temperaturama.

nekretnine snaga

To je poluvodič koji može ispuniti svoje funkcije pri visokim temperaturama i ekstremnim naponima, uz malo disipacije svoje snage u električno polje.

aplikacije

Kao abrazivno sredstvo

- Silicijev karbid je poluvodič sposoban izdržati visoke temperature, visoki napon ili gradijente električnog polja 8 puta više nego što silicij može izdržati. Zbog toga je koristan u konstrukciji dioda, pretvarača, prigušivača i visokoenergetskih mikrovalnih uređaja.

- Sa spojem se proizvode svjetleće diode (LED) i detektori prvih radio uređaja (1907.). Trenutno je silicij karbid zamijenjen u proizvodnji LED žarulja od strane galijevog nitrida koji emitira svjetlost od 10 do 100 puta svjetliju..

- U električnim sustavima, silicij karbid se koristi kao gromobran u elektroenergetskim sustavima, budući da oni mogu regulirati svoj otpor reguliranjem napona kroz njega.

U obliku strukturirane keramike

- U postupku poznatom kao sinteriranje, čestice silicijevog karbida - kao i one saputnika - zagrijavaju se na temperaturu nižu od temperature taljenja te smjese. Time se povećava čvrstoća i čvrstoća keramičkog objekta formiranjem jakih veza između čestica.

- Strukturna keramika silicij karbida imala je širok raspon primjena. Upotrebljavaju se u disk kočnicama i spojnicama motornih vozila, u filterima za čestice prisutnim u dizelu i kao aditiv u uljima za smanjenje trenja.

- Primjena strukturne keramike silicij karbida postala je raširena u dijelovima izloženim visokim temperaturama. Na primjer, ovo je slučaj grla mlaznih raketa i valjaka peći.

- Kombinacija visoke toplinske vodljivosti, tvrdoće i visoke temperaturne stabilnosti čini komponente cijevi izmjenjivača topline sa silicijevim karbidom.

- Strukturna keramika koristi se u brizgaljkama za pjeskarenje, automobilskim brtvama vodenih pumpi, ležajevima i ekstruzijskim kalupima. Ona također čini materijal od lonaca, koji se koristi u lijevanju metala.

- Dio je grijaćih elemenata koji se koriste u topljenju stakla i obojenih metala, kao iu toplinskoj obradi metala..

Druge namjene

- Može se koristiti u mjerenju temperature plina. U tehnici poznatoj kao pirometrija filament silicij karbida se zagrijava i emitira zračenje koje korelira s temperaturom u rasponu od 800-2500 ºK..

- Koristi se u nuklearnim postrojenjima kako bi se spriječilo curenje materijala proizvedenog fisijom.

- U proizvodnji čelika koristi se kao gorivo.

reference

  1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicij karbid: povratak starog prijatelja. Materijalna pitanja Volumen 4 Članak 2. Preuzeto 5. svibnja 2018. godine iz: sigmaaldrich.com
  2. John Faithfull (Veljača 2010). Kristali karborunda. Preuzeto 5. svibnja 2018. s adrese: commons.wikimedia.org
  3. Charles & Colvard. Polytypism i Moissanite. Preuzeto 5. svibnja 2018., iz: moissaniteitalia.com
  4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [Slika]. Preuzeto 5. svibnja 2018. s adrese: commons.wikimedia.org
  5. Wikipedia. (2018.). Silicij karbid. Preuzeto 5. svibnja 2018. s adrese: en.wikipedia.org
  6. Navarro SiC. (2018.). Silicijev karbid. Preuzeto 5. svibnja 2018., s adrese: navarrosic.com
  7. Sveučilište u Barceloni. Silicijev karbid, SiC. Preuzeto 5. svibnja 2018., iz: ub.edu
  8. Carbosystem. (2018.). Silicij karbid. Preuzeto 5. svibnja 2018. godine iz: carbosystem.com