Хімічна структура, властивості та застосування карбіду кремнію

The карбід кремнію це ковалентне тверде речовина, утворене вуглецем і кремнієм. Вона має велику твердість зі значенням 9,0 до 10 за шкалою Мооса, а її хімічна формула - SiC, що може припускати, що вуглець пов'язаний з кремнієм потрійним ковалентним зв'язком, з позитивним зарядом (+ ) у Si та негативний заряд (-) у вуглеці (⁺Si≡C^-).

Насправді, посилання в цьому з'єднанні абсолютно різні. Він був відкритий в 1824 році шведським хіміком Йоном Якобом Берцеліусом, намагаючись синтезувати алмази. У 1893 році французький учений Генрі Муассані виявив мінерал, склад якого містив карбід кремнію.

Це відкриття було зроблено при дослідженні зразків скель з метеоритного кратера в Каньйоні Диявола, США. UU Він назвав цей мінерал муасанітом. З іншого боку, Едвард Гудріч Ачесон (1894) створив метод синтезу карбіду кремнію, реагуючи на піски або кварц високої чистоти з нафтовим коксом..

Goodrich з ім'ям carborundum (або carborundium) до продукту отримав і заснував компанію з виробництва абразивів.

Індекс

• 1 Хімічна структура
• 2 Властивості
  • 2.1 Загальні властивості
  • 2.2 Теплові властивості
  • 2.3 Механічні властивості
  • 2.4 Електричні властивості
• 3 Використання
  • 3.1 Як абразив
  • 3.2 У вигляді структурованої кераміки
  • 3.3 Інші види використання
• 4 Посилання

Хімічна структура

Верхнє зображення ілюструє кубічну і кристалічну структуру карбіду кремнію. Таке розташування є таким же, як у алмазу, незважаючи на відмінності атомних радіусів між C і Si.

Всі ланки сильно ковалентні і спрямовані, на відміну від іонних твердих тіл та їх електростатичних взаємодій.

SiC формує молекулярні тетраедри; тобто всі атоми пов'язані з чотирма іншими. Ці чотиригранні одиниці з'єднуються між собою ковалентними зв'язками, переймаючи шарами кристалічні структури.

Крім того, ці шари мають власні кристалічні механізми, які мають три типи: A, B і C.

Тобто, шар A відрізняється від B, а цей - до C. Таким чином, кристал SiC складається з укладання послідовності шарів, що відбувається явище, відоме як політипізм.

Наприклад, кубічний політип (аналогічний алмазу) складається з стопки шарів ABC і, отже, має кристалічну структуру 3C.

Інші стеки цих шарів також генерують інші структури, серед цих ромбоедричних і гексагональних політипів. Фактично кристалічні структури SiC закінчуються "кристалічним розладом".

Найпростіша гексагональна структура для SiC, 2H (верхнє зображення), утворюється в результаті укладання шарів з послідовністю ABABA ... Після кожних двох шарів послідовність повторюється, і саме з цього числа надходить число 2.

Властивості

Загальні властивості

Молярна маса

40,11 г / моль

Зовнішній вигляд

Змінюється з використанням способу отримання та використовуваних матеріалів. Це можуть бути: жовті, зелені, чорнувато-сині або райдужні кристали.

Щільність

3,16 г / см3

Точка плавлення

2830 ºC.

Індекс заломлення

2.55.

Кристали

Існує поліморфізм: гексагональні кристали αSiC і кубічні кристали βSiC.

Твердість

9-10 по шкалі Мооса.

Стійкість до хімічних агентів

Він стійкий до дії сильних кислот і лугів. Крім того, карбід кремнію є хімічно інертним.

Теплові властивості

- Висока теплопровідність.

- Витримує великі температури.

- Висока теплопровідність.

- Коефіцієнт лінійного теплового розширення низький, що підтримує високі температури з низьким розширенням.

- Стійкий до теплового удару.

Механічні властивості

- Висока міцність на стиск.

- Стійкий до стирання та корозії.

- Це легкий матеріал великої міцності та опору.

- Підтримує свою еластичну стійкість при високих температурах.

Властивості електричний

Це напівпровідник, який може виконувати свої функції при високих температурах і екстремальних напругах, з невеликою дисипацією своєї потужності до електричного поля.

Використання

Як абразив

- Карбід кремнію є напівпровідником, здатним витримувати високі температури, високі напруги або градієнти електричного поля в 8 разів більше, ніж кремній може витримувати. Саме тому він корисний при побудові діодів, перетворювачів, супресорів і високоенергетичних НВЧ-пристроїв.

- З цього з'єднання виготовляють світлодіоди (світлодіоди) і детектори перших радіостанцій (1907). В даний час карбід кремнію замінений у виробництві світлодіодних ламп нітридом галію, що випромінює світло від 10 до 100 разів яскравіше.

- У електричних системах карбід кремнію використовується як громовідвід в електроенергетичних системах, оскільки вони можуть регулювати їх опір шляхом регулювання напруги через це.

У вигляді структурованої кераміки

- У процесі, відомому як спікання, частинки карбіду кремнію, так само як і частинки супутника, нагріваються до температури нижче, ніж температура плавлення цієї суміші. Таким чином, він підвищує міцність і міцність керамічного об'єкта, утворюючи міцні зв'язки між частинками.

- Структурна кераміка карбіду кремнію мала широке застосування. Вони використовуються в дискових гальмах і в муфтах транспортних засобів, в фільтрах для частинок, наявних у дизелі, і в якості добавки в оліях для зниження тертя.

- Використання карбіду кремнію структурної кераміки отримало широке поширення в деталях, що піддаються впливу високих температур. Наприклад, це випадок горла ракетних форсунок і роликів печей.

- Поєднання високої теплопровідності, твердості і високої температурної стабільності робить компоненти теплообмінних труб з карбідом кремнію.

- Структурна кераміка використовується в піскоструминних форсунках, автомобільних ущільненнях водяних насосів, підшипників і екструзійних штампів. Вона також являє собою матеріал тиглів, що використовуються в металевому литті.

- Входить до складу нагрівальних елементів, що використовуються при плавленні скла та кольорових металів, а також при термообробці металів.

Інші види використання

- Він може бути використаний при вимірюванні температури газу. У техніці, відомій як пірометрія, карбід кремнію нагрівається і випромінює випромінювання, яке корелює з температурою в діапазоні 800-2500 ºK..

- Він використовується на атомних станціях для запобігання витоку матеріалу, що виробляється діленням.

- У виробництві сталі використовується як паливо.

Список літератури

1. Микола Р. Райт, Алтон Б. Хорсфолл. Карбід кремнію: повернення старого друга. Матеріальні питання Том 4 Стаття 2. Отримано 05 травня 2018 року з: sigmaaldrich.com
2. Джон Фейтфул (Лютий 2010 року). Кристали карборунда. Отримано 5 травня 2018 року від: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Політипізм і Муассаніт. Отримано 05 травня 2018 р. З: moissaniteitalia.com
4. Матеріали вченого. (2014). SiC2HstructureA. [Малюнок] Отримано 5 травня 2018 року від: commons.wikimedia.org
5. Вікіпедія. (2018). Карбід кремнію. Отримано 5 травня 2018 року з: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Карбід кремнію. Отримано 05 травня 2018 року, з: navarrosic.com
7. Університет Барселони. Карбід кремнію, SiC. Отримано 05 травня 2018 року, з: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Карбід кремнію. Отримано 05 травня 2018 р. З: carbosystem.com