КАРБІД КРЕМНІЮ: ХІМІЧНА СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Карбід кремнію являє собою тверду ковалентний , що складаються з вуглецю і кремнію. Він має велику твердість зі значенням від 9,0 до 10 за шкалою Мооса, а його хімічна формула - SiC, що може припустити, що вуглець пов'язаний з кремнієм ковалентним потрійним зв’язком з позитивним зарядом (+ ) на Si та негативний заряд (-) на вуглець ( ⁺ Si≡C ^- ).

Власне, зв’язки в цій сполуці абсолютно різні. Він був відкритий у 1824 році шведським хіміком Йеном Якобом Берцеліусом, намагаючись синтезувати алмази. У 1893 р. Французький вчений Генрі Мойсані відкрив мінерал, у складі якого містився карбід кремнію.

Це відкриття було зроблено під час вивчення зразків гірських порід з кратера метеорита в Диявольському каньйоні, США. Він назвав цей мінеральний моісаніт. З іншого боку, Едвард Гудрих Ачесон (1894) створив метод синтезу карбіду кремнію, реагуючи на високочистий пісок або кварц з нафтовим коксом.

Гудрич назвав отриманий продукт карборундом (або карборундієм) і заснував компанію з виробництва абразивів.

Хімічна структура

Верхнє зображення ілюструє кубічну і кристалічну структуру карбіду кремнію. Це розташування таке ж, як у алмазу, незважаючи на відмінності атомних радіусів між C і Si.

Всі зв’язки є сильно ковалентними та спрямованими, на відміну від іонних твердих тіл та їх електростатичних взаємодій.

SiC утворює молекулярні тетраедри; тобто всі атоми пов'язані з чотирма іншими. Ці чотиригранні одиниці з'єднуються ковалентними зв'язками, приймаючи шаруваті кристалічні структури.

Також у цих шарів є власні кристалічні композиції, які бувають трьох типів: A, B і C.

Тобто шар А відрізняється від шару В, а останній від С. Таким чином, кристал SiC складається з укладання послідовності шарів, явища, відомого як політипізм.

Наприклад, кубічний політип (схожий на алмаз) складається з стопки шарів ABC і тому має кристалічну структуру 3С.

Інші штабелі цих шарів також породжують інші структури, між цими ромбоедричними та шестикутними політипами. Насправді кристалічні структури SiC в кінцевому підсумку є "кристалічним розладом".

Найпростіша шестикутна структура для SiC, 2H (верхнє зображення), утворюється в результаті укладання шарів із послідовністю ABABA … Після кожного двох шарів послідовність повторюється, і ось звідки походить число 2 .

Властивості

Загальні властивості

Молярна маса

40,11 г / моль

Зовнішній вигляд

Він варіюється залежно від способу отримання та використовуваних матеріалів. Це можуть бути: жовті, зелені, чорнувато-сині або райдужні кристали.

Щільність

3,16 г / см3

Точка плавлення

2830 ° С.

Показник заломлення

2,55.

Кристали

Існують поліморфізми: гексагональні кристали αSiC та кубічні кристали βSiC.

Твердість

9 - 10 за шкалою Мооса.

Стійкість до хімічних речовин

Він стійкий до дії сильних кислот і лугів. Також карбід кремнію є хімічно інертним .

Теплові властивості

- Висока теплопровідність.

- Витримує високі температури.

- Висока теплопровідність.

- Низький коефіцієнт лінійного теплового розширення, тому він підтримує високі температури з малим розширенням.

- Стійкий до теплового удару.

Механічні властивості

- Висока стійкість до стиснення.

- Стійкий до стирання та корозії.

- Це легкий матеріал великої міцності та стійкості.

- Підтримує свою пружну стійкість при високих температурах.

Властивості

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

Програми

Як абразив

- Карбід кремнію - це напівпровідник, здатний витримувати високі температури, градієнти високої напруги або електричного поля в 8 разів більше, ніж може кремній. З цієї причини він корисний при будівництві діодів, передавачів, пригнічувачів і високоенергетичних мікрохвильових пристроїв.

- Зі сполукою виготовляють світлодіоди (світлодіоди) та детектори перших радіоприймачів (1907). В даний час карбід кремнію був замінений у виробництві світлодіодних лампочок нітридом галію, що випромінює світло, що в 10 - 100 разів яскравіше.

- В електричних системах карбід кремнію використовується як блискавковий стрижень в електроенергетичних системах, оскільки вони можуть регулювати його опір, регулюючи напругу на ньому.

У вигляді структурованої кераміки

- У процесі, відомому як спікання, частинки карбіду кремнію - як і частинки супутників - нагріваються до температури, нижчої за температуру плавлення цієї суміші. Таким чином, він збільшує опір і міцність керамічного предмета, утворюючи міцні зв’язки між частинками.

- Структурна кераміка карбіду кремнію мала широке застосування. Вони використовуються в дискових гальмах та зчепленнях автомобілів, в дизельних фільтрах для твердих частинок і як добавка в олії для зменшення тертя.

- Використання структурної кераміки карбіду кремнію набуло широкого поширення в частинах, що піддаються впливу високих температур. Наприклад, це випадок горла ракетних форсунок та валиків печей.

- Поєднання високої теплопровідності, твердості та стійкості до високих температур робить компоненти труб теплообмінника, виготовлені з карбіду кремнію.

- Структурна кераміка застосовується в піскоструминних форсунках, автомобільних ущільнювачах водяного насоса, підшипниках і екструзійних матрицях. Це також матеріал для тиглі, який використовується при виплавці металу.

- Це частина нагрівальних елементів, що застосовуються при виплавці скла та кольорових металів, а також при термічній обробці металів.

Інші види використання

- З його допомогою можна виміряти температуру газів. У техніці, відомій як пірометрія, нитка карбіду кремнію нагрівається і випромінює випромінювання, яке корелює з температурою в діапазоні 800-2500ºK.

- Застосовується в атомних установках для запобігання витоку матеріалу, що утворюється при поділі.

- При виробництві сталі використовується як паливо.

Список літератури

1. Ніколас Г. Райт, Алтон Б. Хорсфаль. Карбід кремнію: повернення старого друга. Матеріальні питання Том 4 Стаття 2. Отримано 05 травня 2018 року з: sigmaaldrich.com
2. Джон Фейтфул. (Лютий 2010 р.). Кристали карборунду. Отримано 05 травня 2018 року з: commons.wikimedia.org
3. Чарльз і Колвард. Політипізм і Мойсаніт. Отримано 5 травня 2018 року з: moissaniteitalia.com
4. Матеріаліст. (2014). SiC2HstructureA. . Отримано 05 травня 2018 року з: commons.wikimedia.org
5. Вікіпедія. (2018). Карбід кремнію. Отримано 05 травня 2018 року з: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Карбід кремнію. Отримано 5 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 року з: carbosystem.com