Поделиться:
Химическая структура, свойства и применение карбида кремния
карбид кремния это ковалентное твердое вещество, образованное углеродом и кремнием. Он имеет большую твердость со значением от 9,0 до 10 по шкале Мооса, и его химической формулой является SiC, что может свидетельствовать о том, что углерод связан с кремнием тройной ковалентной связью с положительным зарядом (+ ) в Si и отрицательный заряд (-) в углероде (+Si≡C-).
На самом деле, ссылки в этом соединении совершенно различны. Он был обнаружен в 1824 году шведский химик Якоб Берцелиус Йон, пытаясь синтезировать алмазы. В 1893 году французский ученый Генри Moissani обнаружил минерал, состав, содержащий карбид кремния.
Это открытие было сделано во время изучения образцов горных пород из метеоритного кратера в Каньон Дьябло, EE. UU. Он назвал этот минерал как муассанита. Кроме того, Эдвард Гудрич Ачесон (1894) создал способ синтеза карбида кремния, или кварцевый песок путем взаимодействия с высокой степенью чистоты нефтяного кокса.
Гудрич назвал карборунд (или карборунд) для полученного продукта и основал компанию по производству абразивов.
индекс
- 1 Химическая структура
- 2 свойства
- 2.1 Общие свойства
- 2.2 Тепловые свойства
- 2.3 Механические свойства
- 2.4 Электрические свойства
- 3 использования
- 3.1 В качестве абразива
- 3.2 В виде структурированной керамики
- 3.3 Другое использование
- 4 Ссылки
Химическая структура
Верхнее изображение иллюстрирует кубическую и кристаллическую структуру карбида кремния. Это расположение такое же, как у алмаза, несмотря на различия атомных радиусов между C и Si.
Все связи являются сильно ковалентными и направленными, в отличие от ионных тел и их электростатических взаимодействий..
SiC образует молекулярные тетраэдры; то есть все атомы связаны с четырьмя другими. Эти тетраэдрические единицы соединены вместе ковалентными связями, принимая кристаллические структуры слоями.
Кроме того, эти слои имеют свои собственные кристаллические структуры, которые бывают трех типов: A, B и C.
Другими словами, слой A отличается от B, а этот - от C. Таким образом, кристалл SiC состоит из набора последовательностей слоев, что приводит к явлению, известному как политипизм..
Например, кубический политип (алмазоподобный) представляет собой слой стек АВСА, и, следовательно, имеет кристаллическую структуру 3C.
Другие стопки этих слоев также генерируют другие структуры, среди которых ромбоэдрические и гексагональные политипы. Фактически, кристаллические структуры SiC в конечном итоге становятся «кристаллическим беспорядком».
Простейшая гексагональная структура для SiC, 2H (верхнее изображение), формируется в результате объединения слоев с последовательностью ABABA ... После каждых двух слоев последовательность повторяется, и отсюда происходит число 2.
свойства
Общие свойства
Молярная масса
40,11 г / моль
внешний вид
Зависит от способа получения и используемых материалов. Это могут быть: желтые, зеленые, черновато-синие или переливающиеся кристаллы.
плотность
3,16 г / см3
Точка плавления
2830 ºC.
Показатель преломления
2,55.
кристаллы
Существует полиморфизм: гексагональные кристаллы αSiC и кубические кристаллы βSiC.
твердость
От 9 до 10 по шкале Мооса.
Стойкость к химическим веществам
Устойчив к действию сильных кислот и щелочей. Кроме того, карбид кремния является химически инертным.
Тепловые свойства
- Высокая теплопроводность.
- Выдерживает большие температуры.
- Высокая теплопроводность.
- Коэффициент линейного теплового расширения низкий, который поддерживает высокие температуры с низким расширением.
- Устойчив к тепловому удару.
Механические свойства
- Высокая прочность на сжатие.
- Устойчив к истиранию и коррозии.
- Это легкий материал большой прочности и сопротивления.
- Сохраняет свою упругую стойкость при высоких температурах.
свойства мощность
Это полупроводник, который может выполнять свои функции при высоких температурах и экстремальных напряжениях, с небольшим рассеиванием своей мощности в электрическом поле.
приложений
Как абразив
- Карбид кремния - это полупроводник, способный выдерживать высокие температуры, высокие градиенты напряжения или электрического поля в 8 раз больше, чем кремний может выдержать. Вот почему он полезен при конструировании диодов, преобразователей, ограничителей и высокоэнергетических микроволновых устройств..
- Соединение с светоизлучающих диодов (СИД) и детекторов первых радиостанций (1907) производятся. В настоящее время, карбид кремния был заменен в производстве светодиодных ламп для нитрида галлия, излучающего свет от 10 до 100 раз ярче.
- В электрических системах, как карбид кремния разрядник, используемых в электроэнергетических системах, поскольку они могут регулировать напряжение регулирования сопротивления через это.
В виде структурированной керамики
- В процессе, известном как спекание, частицы карбида кремния, а также частицы компаньонов, нагреваются до температуры ниже, чем температура плавления этой смеси. Таким образом, он увеличивает прочность и прочность керамического объекта, образуя прочные связи между частицами.
- Конструкционная керамика из карбида кремния имеет широкий спектр применения. Они используются в дисковых тормозах и в сцеплениях автомобилей, в фильтрах частиц, присутствующих в дизельном топливе, и в качестве присадки к маслам для уменьшения трения..
- Использование конструкционной керамики из карбида кремния стало широко распространенным в местах, подверженных воздействию высоких температур. Например, это касается горловины ракетных форсунок и роликов печей..
- Сочетание высокой теплопроводности, твердости и стабильности при высоких температурах делает компоненты теплообменных трубок карбидом кремния.
- Конструкционная керамика используется в пескоструйных инжекторах, автомобильных уплотнениях водяных насосов, подшипниках и экструзионных головках. Он также представляет собой материал тиглей, используемый при литье металла..
- Часть нагревательных элементов, используемых в стекольной тугоплавких и цветных металлов, а также в ходе термообработки металлов.
Другое использование
- Может использоваться при измерении температуры газа. В методике, известной как пирометрия, карбидокремниевая нить нагревается и испускает излучение, которое коррелирует с температурой в диапазоне 800-2500 ºK..
- Он используется на атомных станциях для предотвращения утечки материала, образующегося при делении.
- При производстве стали его используют в качестве топлива.
ссылки
- Николас Дж. Райт, Алтон Б. Хорсфолл. Карбид кремния: возвращение старого друга. Материал имеет значение Том 4 Статья 2. Получено 05 мая 2018 года с сайта sigmaaldrich.com.
- Джон Фэйтфул (Февраль 2010 г.) Кристаллы карборунда. Получено 5 мая 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org.
- Чарльз и Колвард. Политипизм и муассанит. Получено 05 мая 2018 г. из: moissaniteitalia.com
- Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [Рисунок]. Получено 5 мая 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org.
- Wikipedia. (2018). Карбид кремния. Получено 5 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org
- Наварро СиС. (2018). Карбид кремния. Получено 5 мая 2018 г. из: navarrosic.com
- Университет Барселоны. Карбид кремния, SiC. Получено 05 мая 2018 г. из: ub.edu
- Carbosystem. (2018). Карбид кремния. Получено 05 мая 2018 г. из: carbosystem.com