SILICIUMCARBID: KEMISK STRUKTUR, EGENSKABER OG ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den siliciumcarbid er en solid kovalent består af kulstof og silicium. Det er af stor hårdhed med en værdi på 9,0 til 10 i Mohs-skalaen, og dens kemiske formel er SiC, hvilket kan antyde, at carbon er bundet til silicium af en kovalent trippelbinding med en positiv ladning (+) på Si og en negativ ladning (-) på carbon (⁺ Si≡C ^-).

Faktisk er obligationerne i denne forbindelse helt forskellige. Det blev opdaget i 1824 af den svenske kemiker Jön Jacob Berzelius, mens han forsøgte at syntetisere diamanter. I 1893 opdagede den franske videnskabsmand Henry Moissani et mineral, hvis sammensætning indeholdt siliciumcarbid.

Denne opdagelse blev foretaget under undersøgelse af klippeprøver fra krateret i en meteorit i Devil's Canyon, USA. Han opkaldte denne mineral moissanit. På den anden side skabte Edward Goodrich Acheson (1894) en metode til at syntetisere siliciumcarbid ved at reagere højrenheds sand eller kvarts med petroleumskoks.

Goodrich kaldte produktet opnået carborundum (eller carborundium) og grundlagde en virksomhed til at fremstille slibemidler.

Kemisk struktur

Det øverste billede illustrerer den kubiske og krystallinske struktur af siliciumcarbid. Dette arrangement er det samme som diamant på trods af forskellene i atomradier mellem C og Si.

Alle bindinger er stærkt kovalente og retningsbestemte, i modsætning til ioniske faste stoffer og deres elektrostatiske interaktioner.

SiC danner molekylær tetrahedra; det vil sige at alle atomer er knyttet til fire andre. Disse tetraedriske enheder er forbundet med kovalente bindinger, idet de anvender lagdelte krystallinske strukturer.

Disse lag har også deres egne krystalarrangementer, der er af tre typer: A, B og C.

Det vil sige, et lag A er forskelligt fra lag B, og det sidstnævnte fra C. Således består SiC-krystallen af ​​stabling af en række af lag, hvor fænomenet kendt som polytypisme forekommer.

For eksempel består den kubiske polytype (svarende til diamanten) af en stabel ABC-lag og har derfor en 3C krystalstruktur.

Andre stabler af disse lag genererer også andre strukturer mellem disse rhombohedrale og hexagonale polytyper. Faktisk ender de krystallinske strukturer af SiC med at være en "krystallinsk forstyrrelse".

Den enkleste hexagonale struktur for SiC, 2H (øverste billede), dannes som et resultat af lagingen af ​​lagene med ABABA-sekvensen… Efter hvert to lag gentages sekvensen, og det er her tallet 2 kommer fra.

Ejendomme

Generelle egenskaber

Molar masse

40,11 g / mol

Udseende

Det varierer med fremgangsmåden til indhentning og de anvendte materialer. Det kan være: gul, grøn, sortblå eller iriserende krystaller.

Massefylde

3,16 g / cm3

Smeltepunkt

2830 ° C

Brydningsindeks

2,55.

krystaller

Der er polymorfismer: αSiC hexagonale krystaller og ßSiC kubiske krystaller.

Hårdhed

9 til 10 i Mohs-skalaen.

Modstand mod kemiske stoffer

Det er resistent over for virkningen af ​​stærke syrer og alkalier. Siliciumcarbid er også kemisk inert .

Termiske egenskaber

- Høj varmeledningsevne.

- Tåler høje temperaturer.

- Høj varmeledningsevne.

- Lav lineær termisk ekspansionskoefficient, så den understøtter høje temperaturer med lav ekspansion.

- Modstandsdygtig over for termisk stød.

Mekaniske egenskaber

- Høj modstand mod kompression.

- Modstår slid og korrosion.

- Det er et let materiale med stor styrke og modstand.

- Opretholder sin elastiske modstand ved høje temperaturer.

Ejendomme

Det er en halvleder, der kan udføre sine funktioner ved høje temperaturer og ekstreme spændinger, med lidt spredning af dens magt til det elektriske felt.

Applikationer

Som slibemiddel

- Siliciumcarbid er en halvleder, der er i stand til at modstå høje temperaturer, højspænding eller elektrisk feltgradienter 8 gange mere end silicium kan. Af denne grund er det nyttigt i konstruktionen af ​​dioder, transitorer, undertrykkere og mikrobølgeenheder med høj energi.

- Med forbindelsen fremstilles lysemitterende dioder (LED'er) og detektorer fra de første radioer (1907). I øjeblikket er siliciumcarbid erstattet i fremstillingen af ​​LED-pærer med galliumnitrid, der udsender et lys, der er 10 til 100 gange lysere.

- I elektriske systemer bruges siliciumcarbid som lynstang i elektriske kraftsystemer, da de kan regulere dens modstand ved at regulere spændingen over det.

I form af struktureret keramik

- I en proces, der kaldes sintring, opvarmes siliciumcarbidpartiklerne - såvel som de fra ledsagerne - til en temperatur, der er lavere end denne blandings smeltetemperatur. Det øger således modstanden og styrken af ​​det keramiske objekt ved at danne stærke bindinger mellem partiklerne.

- Siliciumcarbidstrukturskeramik har haft en lang række anvendelser. De bruges i skivebremser og koblinger til motorkøretøjer, i partikler med dieselpartikler og som et tilsætningsstof i olier for at reducere friktion.

- Brugen af ​​strukturelt keramik af siliciumcarbid er blevet udbredt i dele udsat for høje temperaturer. For eksempel er dette tilfældet med halsen på raketinjektorerne og rullerne på ovnene.

- Kombinationen af ​​høj varmeledningsevne, hårdhed og høj temperaturstabilitet gør komponenterne i varmevekslerrør fremstillet af siliciumcarbid.

- Strukturelt keramik bruges i sandblæsinjektorer, bilpumpe-tætninger, lejer og ekstruderingsdyse. Det er også materialet til digler, der bruges til metalsmeltning.

- Det er en del af varmeelementerne, der bruges til smeltning af glas og ikke-jernholdige metaller, samt til varmebehandling af metaller.

Andre anvendelser

- Det kan bruges til måling af temperaturen på gasser. I en teknik kendt som pyrometri opvarmes et siliciumcarbidtråd og udsender stråling, der korrelerer med temperaturen i et område på 800-2500ºK.

- Det bruges i nukleare anlæg til at forhindre lækage af materiale produceret ved fission.

- Ved produktion af stål bruges det som brændstof.

Referencer

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Siliciumkarbid: en gammel venes tilbagevenden. Materielle spørgsmål bind 4 Artikel 2. Hentet den 5. maj 2018 fra: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Februar 2010). Carborundum krystaller. Hentet den 5. maj 2018 fra: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypisme og Moissanite. Hentet den 5. maj 2018 fra: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA.. Hentet den 5. maj 2018 fra: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Siliciumcarbid. Hentet den 5. maj 2018, fra: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Siliciumcarbid. Hentet den 5. maj 2018 fra: navarrosic.com
7. Barcelona universitet. Siliciumcarbid, SiC. Hentet den 5. maj 2018, fra: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Siliciumcarbid. Hentet den 5. maj 2018, fra: carbosystem.com