Silīcija karbīda ķīmiskā struktūra, īpašības un pielietojumi

The silīcija karbīds tā ir kovalenta cieta viela, ko veido ogleklis un silīcijs. Tas ir ļoti ciets ar Mohas skalas vērtību 9,0 līdz 10, un tā ķīmiska formula ir SiC, kas var liecināt, ka ogleklis ir piesaistīts silīcijai ar trīskāršu kovalentu saiti, ar pozitīvu uzlādi (+ ) Si un negatīvā lādiņa (-) ogleklī (⁺Si≡C^-).

Faktiski šīs savienojuma saites ir pilnīgi atšķirīgas. 1824. gadā to atklāja zviedru ķīmiķis Jēns Jēkabs Berzelijs, mēģinot sintezēt dimantus. 1893. gadā franču zinātnieks Henrijs Moissani atklāja minerālu, kura sastāvā bija silīcija karbīds.

Šis atklājums tika veikts, analizējot akmens paraugus no meteorīta krātera Devil's Canyon, ASV. UU Viņš šo minerālu nosauca par moissanītu. No otras puses, Edvards Goodrihs Ačekss (1894) izveidoja metodi silīcija karbīda sintezēšanai, reaģējot ar smiltīm vai augstas tīrības kvarcu ar naftas koksu..

Goodrich nosauca karborundu (vai karborundiju) iegūtajam produktam un nodibināja uzņēmumu, lai ražotu abrazīvus.

Indekss

• 1 Ķīmiskā struktūra
• 2 Rekvizīti
  • 2.1. Vispārīgās īpašības
  • 2.2. Termiskās īpašības
  • 2.3 Mehāniskās īpašības
  • 2.4. Elektriskās īpašības
• 3 Lietojumi
  • 3.1. Kā abrazīvs līdzeklis
  • 3.2. Strukturētas keramikas veidā
  • 3.3. Citi izmantošanas veidi
• 4 Atsauces

Ķīmiskā struktūra

Augšējais attēls attēlo silīcija karbīda kubiskā un kristālisko struktūru. Šī vienošanās ir tāda pati kā dimanta, neskatoties uz atomu rādiusu atšķirībām starp C un Si.

Visas saites ir stipri kovalentas un virzītas, atšķirībā no jonu cietajām vielām un to elektrostatiskajām mijiedarbībām.

SiC veido molekulāro tetrahedru; tas ir, visi atomi ir saistīti ar četriem citiem. Šīs tetraedriskās vienības ir savienotas ar kovalentām saitēm, pieņemot kristāliskas struktūras pēc slāņiem.

Arī šiem slāņiem ir savs kristāla izkārtojums, kas ir trīs veidu: A, B un C.

Tas nozīmē, ka slānis A atšķiras no B, un tas ir C. Tādējādi SiC kristāls sastāv no slāņu secības, kas parādās kā fenipisms..

Piemēram, kubiskais polytips (līdzīgs kā dimanta) sastāv no slāņa ABC, un tādēļ tam ir kristāla struktūra 3C.

Citi šo slāņu skursteņi rada arī citas struktūras, starp šīm rombohedrajām un sešstūrveida polytipām. Faktiski SiC kristāliskās struktūras ir "kristālisks traucējums"..

Vienkāršāko sešstūra struktūru SiC, 2H (augšējais attēls), veido slāņu kraušanas rezultāts ar ABABA secību ... Pēc katra diviem slāņiem secība tiek atkārtota, un tas ir, ja numurs 2 nāk no.

Rekvizīti

Vispārīgās īpašības

Molārā masa

40,11 g / mol

Izskats

Atšķiras atkarībā no iegūšanas metodes un izmantotajiem materiāliem. Tas var būt: dzeltens, zaļš, melnbalts vai mirdzošs kristāls.

Blīvums

3,16 g / cm3

Kušanas punkts

2830 ° C.

Refrakcijas indekss

2.55.

Kristāli

Pastāv polimorfisms: αSiC sešstūra kristāli un βSiC kubiskie kristāli.

Cietība

9 līdz 10 Mohas skalā.

Izturība pret ķīmiskām vielām

Tas ir izturīgs pret spēcīgu skābju un sārmu iedarbību. Turklāt silīcija karbīds ir ķīmiski inerts.

Termiskās īpašības

- Augsta siltuma vadītspēja.

- Iztur lielas temperatūras.

- Augsta siltuma vadītspēja.

- Lineārās termiskās izplešanās koeficients zems, kas atbalsta augstas temperatūras ar zemu izplešanos.

- Izturīgs pret termisko šoku.

Mehāniskās īpašības

- Augsta spiedes izturība.

- Izturīgs pret nodilumu un koroziju.

- Tas ir viegls materiāls ar lielu izturību un izturību.

- Uztur elastīgu pretestību augstās temperatūrās.

Rekvizīti elektriski

Tas ir pusvadītājs, kas var pildīt savas funkcijas augstās temperatūrās un ekstrēmos spriegumos, mazliet izkliedējot savu jaudu elektriskajā laukā..

Lietojumi

Kā abrazīvs

- Silīcija karbīds ir pusvadītājs, kas spēj izturēt augstas temperatūras, augstsprieguma vai elektriskā lauka gradientus 8 reizes vairāk nekā silīcijs. Šī iemesla dēļ tā ir noderīga diodu, pārveidotāju, slāpētāju un augstas enerģijas mikroviļņu ierīču būvniecībā.

- Ar šo savienojumu ražo gaismas diodes (LED) un pirmo radio (1907) detektorus. Pašlaik LED spuldzes ražošanā silīcija karbīds ir aizstāts ar gallija nitrīdu, kas izstaro gaismu no 10 līdz 100 reizēm spilgtākam.

- Elektriskajās sistēmās silīcija karbīds tiek izmantots kā zibens stienis elektroenerģijas sistēmās, jo tās var regulēt to pretestību, regulējot spriegumu caur to.

Strukturētas keramikas veidā

- Procesā, ko sauc par saķepināšanu, silīcija karbīda daļiņas, kā arī kompanjonu daļiņas, tiek sasildītas līdz temperatūrai, kas ir zemāka par šī maisījuma kušanas temperatūru. Tādējādi tas palielina keramikas priekšmeta izturību un stiprību, veidojot spēcīgas saites starp daļiņām.

- Silīcija karbīda strukturālajai keramikai ir bijis plašs pielietojuma spektrs. Tos izmanto disku bremzēs un mehānisko transportlīdzekļu sajūgos, dīzeļdegvielas daļiņu filtros un eļļas piedevās, lai samazinātu berzi..

- Silīcija karbīda strukturālās keramikas izmantošana ir kļuvusi plaši izplatīta augstās temperatūras daļās. Piemēram, tas attiecas uz raķešu iesmidzinātāju un cepeškrāsnīšu rullīšu kaklu.

- Augstas siltumvadītspējas, cietības un augstas temperatūras stabilitātes kombinācija padara siltummaiņa cauruļu sastāvdaļas ar silīcija karbīdu.

- Strukturālā keramika tiek izmantota smilšstrūklas smidzinātājos, ūdens sūkņu automobiļu blīvējumi, gultņi un presēšana. Tas ir arī tīģeļu materiāls, ko izmanto metālu liešanā.

- Tā ir daļa no sildelementiem, ko izmanto stikla un krāsaino metālu kausēšanā, kā arī metālu termiskā apstrādē..

Citi izmantošanas veidi

- To var izmantot gāzes temperatūras mērīšanā. Tehnikā, kas pazīstama kā pirometrija, tiek apsildīts silīcija karbīda pavediens un izstaro starojumu, kas korelē temperatūru diapazonā no 800 līdz 2500 K.

- To izmanto kodolspēkstacijās, lai novērstu šķelšanās rezultātā radītā materiāla noplūdi.

- Tērauda ražošanā to izmanto kā degvielu.

Atsauces

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silīcija karbīds: vecā drauga atgriešanās. Materiālie jautājumi 4. sējums 2. pants. Izgūti 2018. gada 5. maijā no: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull (2010. gada februāris). Carborundas kristāli. Saturs iegūts 2018. gada 5. maijā no: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytipisms un moissanīts. Saturs iegūts 2018. gada 5. maijā no: moissaniteitalia.com
4. Materiālists. (2014). SiC2HstructureA. [Attēls] Saturs iegūts 2018. gada 5. maijā no: commons.wikimedia.org
5. Vikipēdija. (2018). Silīcija karbīds. Saturs iegūts 2018. gada 5. maijā no: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silīcija karbīds. Saturs iegūts 2018. gada 5. maijā, no: navarrosic.com
7. Barselonas Universitāte. Silīcija karbīds, SiC. Saturs iegūts 2018. gada 5. maijā no: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Silīcija karbīds. Saturs iegūts 2018. gada 5. maijā no: carbosystem.com