SILICIJEV KARBID: KEMIČNA ZGRADBA, LASTNOSTI IN UPORABE - KEMIJA - 2026

Silicijevega karbida je trdna kovalentna sestoji iz ogljika in silicija. Zelo težko je z vrednostjo 9,0 do 10 po Mohsovi lestvici, njegova kemijska formula pa je SiC, kar lahko nakazuje, da se ogljik veže na silicij s kovalentno trojno vezjo, s pozitivnim nabojem (+ ) na Si in negativni naboj (-) na ogljiku ( ⁺ Si≡C ^- ).

Pravzaprav so vezi v tej spojini popolnoma različne. Leta 1824 jo je odkril švedski kemik Jön Jacob Berzelius, medtem ko je poskušal sintetizirati diamante. Leta 1893 je francoski znanstvenik Henry Moissani odkril mineral, katerega sestava je vsebovala silicijev karbid.

To odkritje je bilo narejeno med pregledovanjem vzorcev kamnin iz kraterja meteorita v Hudičevem kanjonu v ZDA. Ta mineral je imenoval moissanit. Na drugi strani je Edward Goodrich Acheson (1894) ustvaril metodo za sintetiziranje silicijevega karbida, ki je reagiral z visoko čistim peskom ali kremenom z naftnim koksom.

Goodrich je imenoval pridobljeni izdelek karborundum (ali karborundium) in ustanovil podjetje za proizvodnjo abrazivov.

Kemična zgradba

Zgornja slika prikazuje kubično in kristalno strukturo silicijevega karbida. Ta razporeditev je enaka kot pri diamantu, kljub razlikam v atomskem polmeru med C in Si.

Vse vezi so močno kovalentne in usmerjene, za razliko od ionskih trdnih snovi in ​​njihovih elektrostatičnih interakcij.

SiC tvori molekularne tetraedre; torej so vsi atomi povezani s štirimi drugimi. Te tetraedrske enote so združene s kovalentnimi vezmi in prevzamejo plastne kristalne strukture.

Tudi te plasti imajo svoje kristalne aranžmaje, ki so treh vrst: A, B in C.

Z drugimi besedami, plast A se razlikuje od plasti B, zadnja pa od C. Tako je kristal SiC sestavljen iz zlaganja zaporedja plasti, pojava, znanega kot pojavljajoč se poltipisem.

Na primer, kubični politip (podoben diamantu) je sestavljen iz svežnja ABC plasti in ima zato 3C kristalno strukturo.

Druge plošče teh plasti ustvarjajo tudi druge strukture, med temi romboedrskimi in šestkotnimi politipi. Pravzaprav so kristalne strukture SiC "kristalna motnja".

Najpreprostejša šestkotna struktura za SiC, 2H (zgornja slika), nastane kot rezultat zlaganja plasti z zaporedjem ABABA … Po vsaki dve plasti se zaporedje ponovi in ​​od tod prihaja številka 2 .

Lastnosti

Splošne lastnosti

Molarna masa

40,11 g / mol

Videz

Razlikuje se glede na način pridobivanja in uporabljene materiale. Lahko so: rumeni, zeleni, črnkasto modri ali prelivajoči se kristali.

Gostota

3,16 g / cm3

Tališče

2830 ° C.

Lomni količnik

2,55.

Kristali

Obstajajo polimorfizmi: šestkotni kristali αSiC in kubični kristali βSiC.

Trdota

9 do 10 po Mohsovi lestvici.

Odpornost na kemična sredstva

Odporen je na delovanje močnih kislin in alkalij. Tudi silicijev karbid je kemično inerten .

Toplotne lastnosti

- Visoka toplotna prevodnost.

- Vzdrži visoke temperature.

- Visoka toplotna prevodnost.

- Nizek koeficient linearne toplotne ekspanzije, zato podpira visoke temperature z nizkim raztezanjem.

- Odporen na termični udar.

Mehanske lastnosti

- Visoka odpornost na stiskanje.

- Odporen na abrazijo in korozijo.

- Je lahek material velike trdnosti in odpornosti.

- Ohranja elastično odpornost pri visokih temperaturah.

Lastnosti

To je polprevodnik, ki lahko svoje funkcije izpolnjuje pri visokih temperaturah in ekstremnih napetostih, z majhnim odvajanjem moči na električno polje.

Prijave

Kot abraziv

- Silicijev karbid je polprevodnik, ki lahko prenese visoke temperature, visoke napetosti ali naklone električnega polja, kar je 8-krat več, kot lahko silicij. Zaradi tega je uporaben pri gradnji diod, transporterjev, supresorjev in visokoenergetskih mikrovalovnih naprav.

- S spojino izdelujemo svetleče diode (LED) in detektorje prvih radijskih sprejemnikov (1907). Trenutno je silicij karbid v proizvodnji LED žarnic zamenjal galijev nitrid, ki oddaja svetlobo, ki je 10 do 100-krat svetlejša.

- V električnih sistemih se silicijev karbid uporablja kot strelovod v elektroenergetskih sistemih, saj lahko z uravnavanjem napetosti na njem regulirajo njegovo upornost.

V obliki strukturirane keramike

- V postopku, ki ga poznamo kot sintranje, se delci silicijevega karbida - tako kot tisti iz spremljevalcev - segrejejo na temperaturo, nižjo od temperature taljenja te zmesi. Tako poveča odpornost in moč keramičnega predmeta, tako da med delci oblikuje močne vezi.

- Strukturna keramika iz silicijevega karbida je imela široko uporabo. Uporabljajo se v kolutnih zavorah in sklopkah motornih vozil, v filtrih za dizelske delce in kot dodatek v oljih za zmanjšanje trenja.

- Uporaba strukturne keramike iz silicijevega karbida je postala razširjena v delih, ki so izpostavljeni visokim temperaturam. Na primer, to je primer grla raketnih injektorjev in valjev peči.

- Kombinacija visoke toplotne prevodnosti, trdote in visoke temperaturne stabilnosti naredi sestavne dele cevi za izmenjavo toplote, izdelane iz silicijevega karbida.

- Konstrukcijska keramika se uporablja v injektorjih za peskanje, avtomobilskih tesnilih vodnih črpalk, ležajih in ekstruzijskih matricah. Je tudi material za lončke, ki se uporabljajo pri taljenju kovin.

- Je del grelnih elementov, ki se uporabljajo pri taljenju stekla in barvnih kovin, pa tudi pri toplotni obdelavi kovin.

Druge uporabe

- Uporablja se lahko za merjenje temperature plinov. V tehniki, znani kot pirometrija, se nitka silicijevega karbida segreva in oddaja sevanje, ki je v korelaciji s temperaturo v območju 800-2500ºK.

- Uporablja se v jedrskih elektrarnah, da prepreči uhajanje materiala, nastalega pri cepljenju.

- Pri proizvodnji jekla se uporablja kot gorivo.

Reference

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicijev karbid: Vrnitev starega prijatelja. Gradivo Zvezek 4. člen 2. Pridobljeno 5. maja 2018 z: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Februar 2010). Kristali karborunduma. Pridobljeno 5. maja 2018 z: commons.wikimedia.org
3. Charles in Colvard. Politipisem in moissanit. Pridobljeno 5. maja 2018 z: moissaniteitalia.com
4. Materialist. (2014). SiC2HstrukturaA. . Pridobljeno 5. maja 2018 z: commons.wikimedia.org
5. Wikipedija. (2018). Silicijev karbid. Pridobljeno 5. maja 2018 z: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silicijev karbid. Pridobljeno 5. maja 2018 z: navarrosic.com
7. Univerza v Barceloni. Silicijev karbid, SiC. Pridobljeno 5. maja 2018, iz: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Silicijev karbid. Pridobljeno 5. maja 2018 z: carbosystem.com