Struktura chemiczna węglika krzemu, właściwości i zastosowania

The węglik krzemu jest to kowalencyjne ciało stałe utworzone przez węgiel i krzem. Ma dużą twardość o wartości od 9,0 do 10 w skali Mohsa, a jego wzór chemiczny to SiC, co może sugerować, że węgiel wiąże się z krzemem przez potrójne wiązanie kowalencyjne, z dodatnim ładunkiem (+ ) w Si i ładunek ujemny (-) w węglu (⁺Si≡C^-).

W rzeczywistości linki w tym związku są zupełnie inne. Został odkryty w 1824 roku przez szwedzkiego chemika Jona Jacoba Berzeliusa, próbując syntetyzować diamenty. W 1893 roku francuski naukowiec Henry Moissani odkrył minerał, którego skład zawierał węglik krzemu.

Odkrycie to zostało dokonane podczas badania próbek skał z krateru meteorytu w Devil's Canyon, USA. UU Nazwał ten minerał moissanite. Z drugiej strony Edward Goodrich Acheson (1894) opracował metodę syntezy węglika krzemu w wyniku reakcji piasków lub kwarcu o wysokiej czystości z koksem naftowym.

Goodrich określił karborund (lub karborund) w otrzymanym produkcie i założył firmę produkującą materiały ścierne.

Indeks

• 1 Struktura chemiczna
• 2 Właściwości
  • 2.1 Ogólne właściwości
  • 2.2 Właściwości termiczne
  • 2.3 Właściwości mechaniczne
  • 2.4 Właściwości elektryczne
• 3 zastosowania
  • 3.1 Jako ścierniwo
  • 3.2 W postaci ceramiki strukturalnej
  • 3.3 Inne zastosowania
• 4 odniesienia

Struktura chemiczna

Górny obraz ilustruje sześcienną i krystaliczną strukturę węglika krzemu. Ten układ jest taki sam jak diament, pomimo różnic promieni atomowych między C i Si.

Wszystkie ogniwa są silnie kowalencyjne i kierunkowe, w przeciwieństwie do ciał stałych jonowych i ich oddziaływań elektrostatycznych.

SiC tworzy czworościany molekularne; to znaczy wszystkie atomy są połączone z czterema innymi. Te czworościenne jednostki są połączone razem wiązaniami kowalencyjnymi, przyjmując struktury krystaliczne warstwami.

Ponadto warstwy te mają własne układy kryształów, które są trzech typów: A, B i C.

To znaczy, że warstwa A jest inna niż B, a ta do C. Zatem kryształ SiC polega na układaniu sekwencji warstw, występując w zjawisku znanym jako politipizm.

Na przykład sześcienny polityp (podobny do diamentu) składa się ze stosu warstw ABC i dlatego ma strukturę krystaliczną 3C.

Inne stosy tych warstw generują również inne struktury, wśród tych romboedrycznych i sześciokątnych politpów. W rzeczywistości struktury krystaliczne SiC kończą się „zaburzeniem krystalicznym”.

Najprostsza sześciokątna struktura SiC, 2H (górny obraz), powstaje w wyniku ułożenia warstw z sekwencją ABABA ... Po każdej z dwóch warstw sekwencja się powtarza, i stąd właśnie pochodzi liczba 2.

Właściwości

Ogólne właściwości

Masa molowa

40,11 g / mol

Wygląd

Różni się od metody otrzymywania i użytych materiałów. Może to być: żółte, zielone, czarnoniebieskie lub opalizujące kryształy.

Gęstość

3,16 g / cm3

Temperatura topnienia

2830 ° C.

Współczynnik załamania światła

2.55.

Kryształy

Istnieje polimorfizm: sześciokątne kryształy αSiC i kryształy βSiC sześcienne.

Twardość

9 do 10 w skali Mohsa.

Odporność na czynniki chemiczne

Jest odporny na działanie silnych kwasów i zasad. Ponadto węglik krzemu jest chemicznie obojętny.

Właściwości termiczne

- Wysoka przewodność cieplna.

- Wytrzymuje wysokie temperatury.

- Wysoka przewodność cieplna.

- Niski współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej, który wspiera wysokie temperatury przy niskiej rozszerzalności.

- Odporny na szok termiczny.

Właściwości mechaniczne

- Wysoka wytrzymałość na ściskanie.

- Odporny na ścieranie i korozję.

- Jest to lekki materiał o dużej wytrzymałości i odporności.

- Utrzymuje elastyczność w wysokich temperaturach.

Właściwości elektryczny

Jest to półprzewodnik, który może spełniać swoje funkcje w wysokich temperaturach i ekstremalnych napięciach, przy niewielkim rozproszeniu swojej mocy do pola elektrycznego.

Używa

Jako ścierniwo

- Węglik krzemu jest półprzewodnikiem zdolnym wytrzymać wysokie temperatury, wysokie napięcie lub gradienty pola elektrycznego 8 razy więcej niż krzem może wytrzymać. Dlatego jest przydatny w budowie diod, przetworników, tłumików i wysokoenergetycznych urządzeń mikrofalowych.

- Diody elektroluminescencyjne (LED) i detektory pierwszych radiotelefonów (1907) są produkowane ze związkiem. Obecnie węglik krzemu został zastąpiony w produkcji żarówek LED azotkiem galu, który emituje światło od 10 do 100 razy jaśniejsze.

- W układach elektrycznych węglik krzemu jest stosowany jako piorunochron w systemach elektroenergetycznych, ponieważ mogą one regulować ich rezystancję poprzez regulację napięcia przez to.

W postaci ceramiki strukturalnej

- W procesie znanym jako spiekanie cząstki węglika krzemu - jak również cząstki towarzyszące - ogrzewa się do temperatury niższej niż temperatura topnienia tej mieszaniny. W ten sposób zwiększa wytrzymałość i wytrzymałość przedmiotu ceramicznego, tworząc silne wiązania między cząstkami.

- Ceramika strukturalna węglika krzemu ma szeroki zakres zastosowań. Są one stosowane w hamulcach tarczowych i sprzęgłach pojazdów silnikowych, w filtrach cząstek stałych obecnych w oleju napędowym oraz jako dodatek w olejach w celu zmniejszenia tarcia.

- Zastosowania ceramiki strukturalnej z węglika krzemu rozpowszechniły się w częściach narażonych na wysokie temperatury. Na przykład jest to przypadek gardła wtryskiwaczy rakietowych i rolek pieców.

- Połączenie wysokiej przewodności cieplnej, twardości i wysokiej stabilności temperaturowej sprawia, że ​​elementy rur wymiennika ciepła z węglikiem krzemu.

- Ceramika strukturalna stosowana jest w wtryskiwaczach do piaskowania, uszczelnieniach samochodowych pomp wodnych, łożyskach i matrycach do wytłaczania. Stanowi również materiał tygli, stosowanych w odlewaniu metali.

- Jest częścią elementów grzewczych stosowanych do topienia szkła i metali nieżelaznych, a także do obróbki cieplnej metali.

Inne zastosowania

- Może być używany do pomiaru temperatury gazu. W technice znanej jako pirometria włókno węglika krzemu jest ogrzewane i emituje promieniowanie, które koreluje z temperaturą w zakresie 800-2500 ° K.

- Jest on stosowany w elektrowniach jądrowych, aby zapobiec wyciekowi materiału wytwarzanego przez rozszczepienie.

- W produkcji stali jest używany jako paliwo.

Referencje

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Węglik krzemu: Powrót starego przyjaciela. Material Matters Tom 4 Artykuł 2. Źródło: 05 maja 2018 r. Z: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull (Luty 2010). Kryształy karborundu. Pobrano 5 maja 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
3. Charles i Colvard. Polityzm i Moissanite. Źródło: 05 maja 2018 r. Z: moissaniteitalia.com
4. Materiałoznawca. (2014). SiC2HstructureA. [Rysunek] Pobrano 5 maja 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Węglik krzemu. Źródło: 5 maja 2018 r. Z: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Węglik krzemu. Źródło: 05 maja 2018 r. Z: navarrosic.com
7. Uniwersytet w Barcelonie. Węglik krzemu, SiC. Źródło: 05.05.2018, z: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Węglik krzemu. Źródło: 05 maja 2018 r. Z: carbosystem.com