Piikarbidin kemiallinen rakenne, ominaisuudet ja käyttötavat

piikarbidi se on kovalenttinen kiinteä aine, joka muodostuu hiilestä ja piistä. Se on suuri kovuus, jonka arvo Mohsin asteikolla on 9,0 - 10, ja sen kemiallinen kaava on piikarbidi, joka voi viitata siihen, että hiili on sitoutunut piihin kolmikovalenttisella sidoksella, positiivisella varauksella (+ ) Si: ssä ja negatiivisessa varauksessa (-) hiilessä (⁺Si≡C^-).

Itse asiassa tämän yhdisteen linkit ovat täysin erilaisia. Ruotsin kemisti Jön Jacob Berzelius löysi sen vuonna 1824 yrittäessään syntetisoida timantteja. Vuonna 1893 ranskalainen tiedemies Henry Moissani löysi mineraalin, jonka koostumus sisälsi piikarbidia.

Tämä löytö tehtiin tutkittaessa kivinäytteitä meteoriittikraaterista Devil's Canyonissa, USA: ssa. UU. Hän nimesi tämän mineraalin moissaniteeksi. Toisaalta Edward Goodrich Acheson (1894) loi menetelmän piikarbidin syntetisoimiseksi reagoimalla hiekkaa tai erittäin puhdasta kvartsia öljykoksilla.

Goodrich nimitti karborundumiksi (tai karborundiumiksi) saadulle tuotteelle ja perusti yrityksen tuottamaan hioma-aineita.

indeksi

• 1 Kemiallinen rakenne
• 2 Ominaisuudet
  • 2.1 Yleiset ominaisuudet
  • 2.2 Lämpöominaisuudet
  • 2.3 Mekaaniset ominaisuudet
  • 2.4 Sähköiset ominaisuudet
• 3 Käyttö
  • 3.1 Hioma-aineena
  • 3.2 Rakennetun keramiikan muodossa
  • 3.3 Muut käyttötarkoitukset
• 4 Viitteet

Kemiallinen rakenne

Ylempi kuva kuvaa piikarbidin kuutiometriä ja kiteistä rakennetta. Tämä järjestely on sama kuin timantin, vaikka C: n ja Si: n väliset atomisäteet eroavat toisistaan.

Kaikki linkit ovat voimakkaasti kovalenttisia ja suuntaavia, toisin kuin ioniset kiinteät aineet ja niiden sähköstaattiset vuorovaikutukset.

SiC muodostaa molekulaarisen tetrahedraa; toisin sanoen kaikki atomit on yhdistetty neljään muuhun. Nämä tetraedriset yksiköt liitetään yhteen kovalenttisilla sidoksilla, jotka ottavat käyttöön kiteisiä rakenteita kerroksittain.

Näillä kerroksilla on myös omat kidejärjestelyt, jotka ovat kolmen tyyppisiä: A, B ja C.

Toisin sanoen, että kerros A on erilainen kuin B, ja tämä on C: tä. SiC: n kide koostuu kerrosten sekvenssin pinoamisesta, joka esiintyy ilmiönä, jota kutsutaan poliitipismiksi.

Esimerkiksi kuutiometrinen tyyppi (samanlainen kuin timantti) koostuu kerrosten ABC pinosta ja sen vuoksi sillä on kiderakenne 3C.

Näiden kerrosten muut pinot tuottavat myös muita rakenteita näiden rombohedristen ja kuusikulmaisten polytyyppien joukossa. Itse asiassa piikarbidin kiteiset rakenteet ovat "kiteinen häiriö"..

Yksinkertaisin kuusikulmainen rakenne SiC: lle, 2H (ylempi kuva), muodostuu kerrosten pinottaessa ABABA-sekvenssillä ... Kunkin kahden kerroksen jälkeen sekvenssi toistetaan, ja se on silloin, kun numero 2 tulee.

ominaisuudet

Yleiset ominaisuudet

Molaarinen massa

40,11 g / mol

ulkomuoto

Vaihtelee hankintamenetelmän ja käytettyjen materiaalien mukaan. Se voi olla keltaista, vihreää, mustaa sinistä tai värikkäitä kiteitä.

tiheys

3,16 g / cm3

Sulamispiste

2830 ° C.

Taitekerroin

2,55.

kiteet

On polymorfiaa: aSiC-kuusikulmaisia ​​kiteitä ja βSiC-kuutiokiteitä.

kovuus

9-10 Mohsin asteikolla.

Kemikaalien kestävyys

Se kestää vahvojen happojen ja emästen vaikutusta. Lisäksi piikarbidi on kemiallisesti inertti.

Lämpöominaisuudet

- Korkea lämmönjohtavuus.

- Kestää suuria lämpötiloja.

- Korkea lämmönjohtavuus.

- Lineaarisen lämpölaajenemiskerroin on alhainen, mikä tukee korkeita lämpötiloja alhaisella laajennuksella.

- Kestää lämpöshokkia.

Mekaaniset ominaisuudet

- Korkea puristuslujuus.

- Kestää kulutusta ja korroosiota.

- Se on kevyt materiaali, jolla on suuri lujuus ja kestävyys.

- Säilyttää elastisen vastuksen korkeissa lämpötiloissa.

ominaisuudet teho

Se on puolijohde, joka pystyy täyttämään tehtävänsä korkeissa lämpötiloissa ja äärimmäisissä jännitteissä..

sovellukset

Hioma-aineena

- Piikarbidi on puolijohde, joka kykenee kestämään korkeita lämpötiloja, suurjännitettä tai sähkökenttää 8 kertaa enemmän kuin pii kestää. Siksi se on hyödyllinen diodien, muuntimien, vaimentimien ja korkean energian mikroaaltolaitteiden rakentamisessa.

- Valoa emittoivat diodit (LEDit) ja ensimmäisen radion ilmaisimet (1907) valmistetaan yhdisteen avulla. Tällä hetkellä piikarbidia on korvattu LED-lamppujen valmistuksessa galliumnitridillä, joka säteilee valoa 10-100 kertaa kirkkaammaksi.

- Sähköjärjestelmissä piikarbidia käytetään sähkösysteemin salamalaitteena, koska ne voivat säätää niiden kestävyyttä säätämällä tämän jännitteen läpi.

Rakennetun keramiikan muodossa

- Sintrausmenetelmässä piikarbidihiukkaset - samoin kuin kumppaneiden - kuumennetaan lämpötilaan, joka on alhaisempi kuin tämän seoksen sulamislämpötila. Siten se lisää keraamisen esineen lujuutta ja lujuutta muodostamalla vahvoja sidoksia hiukkasten välillä.

- Piikarbidin rakenteellisella keramiikalla on ollut laaja käyttöalue. Niitä käytetään levyjarruissa ja moottoriajoneuvojen kytkimissä, dieselöljyssä olevissa hiukkassuodattimissa ja öljyn lisäaineena kitkan vähentämiseksi..

- Piikarbidirakenteisen keramiikan käyttö on yleistynyt korkeissa lämpötiloissa altistetuissa osissa. Tämä koskee esimerkiksi rakettisuihkureiden kurkkuja ja uunien rullia.

- Korkean lämmönjohtavuuden, kovuuden ja korkean lämpötilan vakauden yhdistelmä tekee lämmönvaihdinputkien komponentit piikarbidista.

- Rakennekeramiikkaa käytetään hiekkapuhalluslaitteissa, vesipumppujen autojen tiivisteet, laakerit ja suulakepuristimet. Se muodostaa myös upokkaiden materiaalin, jota käytetään metallivalussa.

- Se on osa lasi- ja ei-rautametallien sulattamiseen käytettäviä lämmityselementtejä sekä metallien lämpökäsittelyä..

Muut käyttötarkoitukset

- Sitä voidaan käyttää kaasun lämpötilan mittauksessa. Pyrometrialla tunnetussa tekniikassa piikarbidifilamentti kuumennetaan ja säteilee säteilyä, joka korreloi lämpötilan kanssa alueella 800-2500 ° K.

- Sitä käytetään ydinvoimaloissa, jotta vältetään fissiosta syntyvän materiaalin vuoto.

- Teräksen tuotannossa sitä käytetään polttoaineena.

viittaukset

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Piikarbidi: Vanhan ystävän paluu. Material Matters Volume 4 Artikkeli 2. Haettu 5. toukokuuta 2018 alkaen: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull (Helmikuu 2010). Carborundumin kiteet. Haettu 5. toukokuuta 2018 alkaen: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypismi ja Moissanite. Haettu 5. toukokuuta 2018 osoitteesta: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [Kuva]. Haettu 5. toukokuuta 2018 alkaen: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Piikarbidi. Haettu 5. toukokuuta 2018 osoitteesta: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Piikarbidi. Haettu 5. toukokuuta 2018 osoitteesta: navarrosic.com
7. Barcelonan yliopisto. Piikarbidi, piikarbidi. Haettu 5. toukokuuta 2018 osoitteesta: ub.edu
8. Carbosystem. (2018). Piikarbidi. Haettu 05.5.2018 osoitteesta: carbosystem.com