Kiselkarbidkemisk struktur, egenskaper och användningsområden

den kiselkarbid det är ett kovalent fastämne bildat av kol och kisel. Det är av stor hårdhetsvärde av 9,0 till 10 på Mohs skala, och dess kemiska formel är SiC, vilket kan leda till tror att kol är bunden till kisel genom en trippel kovalent bindning, med en positiv laddning (+ ) i Si och en negativ laddning (-) i kolet (⁺Si≡C^-).

Egentligen är länkarna i denna förening helt olika. Det upptäcktes 1824 av den svenska kemisten Jön Jacob Berzelius, medan han försökte syntetisera diamanter. 1893 upptäckte den franska forskaren Henry Moissani ett mineral vars komposition innehöll kiselkarbid.

Denna upptäckt gjordes när man undersökte stenprover från en meteoritkrater i Devil's Canyon, USA. UU. Han kallade detta mineral som moissanit. Å andra sidan skapade Edward Goodrich Acheson (1894) en metod för att syntetisera kiselkarbid, genom att reagera sand eller högrenhetskvarts med petroleumkoks.

Goodrich namngav carborundum (eller carborundium) till den erhållna produkten och grundade ett företag att producera slipmedel.

index

• 1 Kemisk struktur
• 2 egenskaper
  • 2.1 Allmänna egenskaper
  • 2.2 Termiska egenskaper
  • 2.3 Mekaniska egenskaper
  • 2.4 Elektriska egenskaper
• 3 användningsområden
  • 3.1 Som slipmedel
  • 3.2 I form av strukturerad keramik
  • 3.3 Andra användningsområden
• 4 referenser

Kemisk struktur

Den övre bilden illustrerar den kubiska och kristallina strukturen av kiselkarbid. Detta arrangemang är detsamma som diamantens, trots skillnaderna i atomradierna mellan C och Si.

Alla länkar är starkt kovalenta och riktiga, till skillnad från de joniska fastämnena och deras elektrostatiska interaktioner.

SiC bildar molekylär tetrahedra; det vill säga alla atomer är kopplade till fyra andra. Dessa tetraedriska enheter sammanfogas genom kovalenta bindningar, varvid kristallina strukturer antas genom skikt.

Dessutom har dessa lager sina egna kristallarrangemang, som är av tre typer: A, B och C.

Det vill säga, ett skikt A är skild från B, och den senare till C. kristall SiC Sålunda stapel består av en sekvens av skikt, förekommande fenomen känt som politipismo.

Till exempel består den kubiska polytypen (liknande den hos diamant) av en stapel av lager ABC och har därför en kristallstruktur 3C.

Andra staplar av dessa lager genererar också andra strukturer, bland dessa rhomboedrala och hexagonala polytyper. I själva verket hamnar de kristallina strukturerna av SiC som en "kristallin störning".

Den enklaste hexagonal struktur för SiC, den 2H (ovan), är utformad som ett resultat av stapling skikt med ABABA sekvens ... Efter varje två skikt sekvensen upprepas, och det finns där antalet 2 uppstår.

egenskaper

Allmänna egenskaper

Molär massa

40,11 g / mol

utseende

Varierar metoden för att erhålla och använda materialen. Det kan vara: gul, grön, svartblå eller iriserande kristaller.

densitet

3,16 g / cm3

Smältpunkt

2830 ºC.

Brytningsindex

2,55.

kristaller

Det finns polymorfism: aSiC hexagonala kristaller och pSiC kubiska kristaller.

hårdhet

9 till 10 på Mohs-skalan.

Motstånd mot kemiska ämnen

Det är resistent mot verkan av starka syror och alkalier. Dessutom är kiselkarbid kemiskt inert.

Termiska egenskaper

- Hög värmeledningsförmåga.

- Tål stora temperaturer.

- Hög värmeledningsförmåga.

- Linjär termisk expansionskoefficient låg, som stöder höga temperaturer med låg expansion.

- Beständig mot termisk chock.

Mekaniska egenskaper

- Hög tryckhållfasthet.

- Motståndskraftigt mot nötning och korrosion.

- Det är ett lättviktigt material med stor styrka och motstånd.

- Håller sitt elastiska motstånd vid höga temperaturer.

egenskaper effekt

Det är en halvledare som kan uppfylla sina funktioner vid höga temperaturer och extrema spänningar, med liten spridning av dess kraft till det elektriska fältet.

tillämpningar

Som ett slipmedel

- Silikonkarbid är en halvledare som kan motstå höga temperaturer, högspänning eller elektriska fältgradienter 8 gånger mer än kisel kan motstå. Det är därför det är användbart vid konstruktion av dioder, omvandlare, suppressorer och mikrovågsenheter med hög energi.

- Lysdioder (LED) och detektorerna från de första radionerna (1907) tillverkas med föreningen. För närvarande har kiselkarbid ersatts vid tillverkning av LED-lampor av galliumnitrid som avger ljus från 10 till 100 gånger ljusare.

- I elektriska system används kiselkarbid som en blixtstång i elsystem, eftersom de kan reglera deras motstånd genom att reglera spänningen genom detta.

I form av strukturerad keramik

- I en process som kallas sintring upphettas kiselkarbidpartiklarna - såväl som de hos följeslagna - till en temperatur som är lägre än smältpunkten för denna blandning. Således ökar det styrkan och styrkan hos det keramiska objektet genom att bilda starka bindningar mellan partiklarna.

- Kiselkarbidens strukturkeramik har haft ett brett användningsområde. De används i skivbromsar och i kopplingar av motorfordon, i partikelfilter som finns i diesel och som tillsatsmedel i oljor för att minska friktionen.

- Användningen av kiselkarbidstrukturen har blivit utbredd i de delar som utsätts för höga temperaturer. Till exempel är detta fallet för raketinjektorns hals och rullarna i ugnen.

- Kombinationen av hög värmeledningsförmåga, hårdhet och hög temperaturstabilitet gör komponenterna i värmeväxlarrör med kiselkarbid.

- Strukturell keramik används i sandblåsningsinjektorer, bilförseglingar av vattenpumpar, lager och strängsprutningsdjup. Det utgör också materialet av crucibles, som används i metallgjutningen.

- Det ingår i värmeelementen som används vid smältning av glas och icke-järnmetaller, samt vid värmebehandling av metaller.

Andra användningsområden

- Den kan användas vid gastemperaturmätning. I en teknik som kallas pyrometri uppvärms en kiselkarbidfilament och avger strålning som korrelerar med temperatur inom ett område av 800-2500 ºK.

- Det används i kärnkraftverk för att förhindra läckage av material som produceras genom fission.

- Vid produktion av stål används den som bränsle.

referenser

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silikonkarbid: Returen av en gammal vän. Materialfrågor Volym 4 Artikel 2. Hämtad den 5 maj 2018, från: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull (Februari 2010). Carborundum kristaller. Hämtad den 5 maj 2018, från: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypism och Moissanit. Hämtad den 5 maj 2018, från: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [Bild]. Hämtad den 5 maj 2018, från: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silikonkarbid. Hämtad den 5 maj 2018, från: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Kiselkarbid. Hämtad den 5 maj 2018, från: navarrosic.com
7. University of Barcelona. Silikonkarbid, SiC. Hämtad den 5 maj 2018, från: ub.edu
8. Carbosystem. (2018). Silikonkarbid. Hämtad den 5 maj 2018, från: carbosystem.com