Silicon Carbide Structura chimică, proprietăți și utilizări



carbura de siliciu este un solid covalent format din carbon și siliciu. Are o duritate mare cu o valoare cuprinsă între 9,0 și 10 pe scara Mohs, iar formula chimică este SiC, ceea ce poate sugera că carbonul este atașat la siliciu printr-o legătură triplă covalentă, cu o încărcătură pozitivă (+ ) în Si și o sarcină negativă (-) în carbon (+Si≡C-).

De fapt, legăturile din acest compus sunt complet diferite. A fost descoperită în 1824 de chemistul suedez Jön Jacob Berzelius, în timp ce încerca să sintetizeze diamante. În 1893, omul de știință francez Henry Moissani a descoperit un mineral al cărui compoziție conține carbură de siliciu.

Această descoperire a fost făcută în timpul examinării probelor de rocă de la un crater al meteoritului din Devil Canyon, SUA. UU. El a numit acest mineral ca moissanite. Pe de altă parte, Edward Goodrich Acheson (1894) a creat o metodă de sinteză a carburii de siliciu prin reacția nisipurilor sau a cuarțului cu puritate înaltă cu cocs de petrol.

Goodrich numit carborundum (sau carborundium) la produsul obținut și a fondat o companie pentru a produce abrazive.

index

  • 1 Structura chimică
  • 2 Proprietăți
    • 2.1 Proprietăți generale
    • 2.2 Proprietăți termice
    • 2.3 Proprietăți mecanice
    • 2.4 Proprietăți electrice
  • 3 Utilizări
    • 3.1 Ca abraziv
    • 3.2 Sub formă de ceramică structurată
    • 3.3 Alte utilizări
  • 4 Referințe

Structura chimică

Imaginea superioară ilustrează structura cubică și cristalină a carburii de siliciu. Acest aranjament este același cu cel al diamantului, în ciuda diferențelor dintre razele atomice dintre C și Si.

Toate legăturile sunt puternic covalente și direcționale, spre deosebire de solidele ionice și interacțiunile lor electrostatice.

Formele de SiC formează tetraedru molecular; adică toți atomii sunt legați de alte patru. Aceste unități tetraedrice sunt legate între ele prin legături covalente, adoptă structuri cristaline în straturi.

De asemenea, aceste straturi au propriile aranjamente cristaline, care sunt de trei tipuri: A, B și C.

Adică, un strat A este diferit de B, iar cel din urmă este la C. Astfel, cristalul de SiC constă în stivuirea unei secvențe de straturi, aparând fenomenul cunoscut sub numele de politizism.

De exemplu, politipul cubic (similar cu cel al diamantului) constă dintr-un teanc de straturi ABC și, prin urmare, are o structură cristalină 3C.

Alte stive ale acestor straturi generează și alte structuri, printre aceste politipuri romboedrice și hexagonale. De fapt, structurile cristaline ale SiC ajung să fie o "tulburare cristalină".

Cea mai simplă structură hexagonală pentru SiC, 2H (imaginea de sus), este formată ca urmare a stivuirii straturilor cu secvența ABABA ... După fiecare două straturi secvența este repetată, și de aici rezultă numărul 2 .

proprietăţi

Proprietăți generale

Masa moleculară

40,11 g / mol

apariție

Variază în funcție de metoda de obținere și de materialele utilizate. Acesta poate fi: cristale galben, verde, albastru sau cristale irizate.

densitate

3,16 g / cm3

Punctul de topire

2830 ºC.

Indicele de refracție

2,55.

cristale

Există polimorfism: cristale hexagonale αSiC și cristale cubice βSiC.

duritate

9 la 10 pe scara Mohs.

Rezistența la agenți chimici

Este rezistent la acțiunea acizilor și alcalinelor puternice. În plus, carbură de siliciu este inertă chimic.

Proprietăți termice

- Conductivitate termică ridicată.

- Sprijină temperaturi ridicate.

- Conductivitate termică ridicată.

- Coeficientul de dilatare termică liniară este scăzut, astfel că suportă temperaturi ridicate cu expansiune redusă.

- Rezistent la șocul termic.

Proprietăți mecanice

- Rezistență mare la compresie.

- Rezistenta la abraziune si coroziune.

- Este un material ușor de mare rezistență și rezistență.

- Menține rezistența elastică la temperaturi ridicate.

proprietăţi putere

Este un semiconductor care își poate îndeplini funcțiile la temperaturi ridicate și tensiuni extreme, cu puțină disipare a puterii sale la câmpul electric.

aplicații

Ca abraziv

- Carbura de siliciu este un semiconductor capabil să reziste la temperaturi înalte, gradienți de înaltă tensiune sau în câmp electric de 8 ori mai mult decât siliciul rezistent. Acesta este motivul pentru care este util în construcția de diode, tranzitorii, supresoare și dispozitive cu microunde de mare putere.

- Cu compusul, sunt fabricate diode emițătoare de lumină (LED) și detectoare ale primelor radiouri (1907). În prezent, carbura de siliciu a fost înlocuită în fabricarea becurilor cu LED-uri de nitrură de galiu care emite o lumină de 10 până la 100 de ori mai strălucitoare.

- În sistemele electrice, carbură de siliciu este folosită ca un fulger în sistemele de electricitate, deoarece acestea pot regla rezistența lor prin reglarea tensiunii prin ea.

Sub formă de ceramică structurată

- Într-un proces cunoscut sub numele de sinterizare, particulele de carbură de siliciu - ca și cele ale companionilor - sunt încălzite la o temperatură mai mică decât temperatura de topire a acestui amestec. Astfel, puterea și rezistența obiectului ceramic crește, prin formarea unor legături puternice între particule.

- Ceramica structurală a carburii de siliciu a avut o gamă largă de utilizări. Acestea sunt utilizate în frâne cu disc și în ambreiaje ale autovehiculelor, în filtre de particule prezente în motorină și ca aditiv în uleiuri pentru a reduce frecarea.

- Utilizările ceramicii structurale din carbura de siliciu au devenit larg răspândite în părțile expuse la temperaturi ridicate. De exemplu, acesta este cazul gâtului injectorilor de rachete și al rolelor cuptoarelor.

- Combinația de conductivitate termică ridicată, duritate și stabilitate la temperaturi ridicate face ca componentele tuburilor schimbătorului de căldură să aibă carbură de siliciu.

- Ceramica structurală este utilizată în injectori cu sablare, garnituri de etanșare pentru pompe de apă, rulmenți și matrițe de extrudare. Acesta constituie, de asemenea, materialul creuzetelor folosite la topirea metalelor.

- face parte din elementele de încălzire utilizate în topirea sticlei și metalelor neferoase, precum și în tratarea termică a metalelor.

Alte utilizări

- Se poate utiliza la măsurarea temperaturii gazului. Într-o tehnică cunoscută sub numele de pyrometrie, un filament de carbură de siliciu este încălzit și emite radiații care se corelează cu temperatura într-un interval de 800-2500 K.

- Se utilizează în instalațiile nucleare pentru a preveni scurgerea materialului produs prin fisiune.

- În producția de oțel este folosit ca combustibil.

referințe

  1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicon Carbide: Întoarcerea unui prieten vechi. Materie Materie Volumul 4 Articolul 2. Adus la 05 mai 2018 de la: sigmaaldrich.com
  2. John Faithfull (Februarie 2010). Carborundum cristale. Adus pe 5 mai 2018 de la: commons.wikimedia.org
  3. Charles & Colvard. Politipism și Moissanite. Adus pe 05 mai 2018, de la: moissaniteitalia.com
  4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [Figura]. Adus pe 5 mai 2018 de la: commons.wikimedia.org
  5. Wikipedia. (2018). Carbura de siliciu. Adăugată pe 05 mai 2018, de la: en.wikipedia.org
  6. Navarro SiC. (2018). Carbura de siliciu. Adus pe 05 mai 2018, de la: navarrosic.com
  7. Universitatea din Barcelona. Carbura de siliciu, SiC. Adus pe 05 mai 2018, de la: ub.edu
  8. Carbosystem. (2018). Carbura de siliciu. Adus la 05 mai 2018, de la: carbosystem.com