Ränikarbiidi keemiline struktuur, omadused ja kasutusalad



The ränikarbiid see on kovalentne tahke aine, mis on moodustunud süsiniku ja räni abil. See on suure kõvadusega, mille väärtus Mohsi skaalal on 9,0 kuni 10 ja selle keemiline valem on SiC, mis võib oletada, et süsinik seostub räniga kolmekordse kovalentse sidemega, positiivse laenguga (+ ) Si ja negatiivne laeng (-) süsinikus (+Si≡C-).

Tegelikult on selle ühendi lingid täiesti erinevad. 1824. aastal avastas Rootsi keemia Jön Jacob Berzelius teemantide sünteesimisel. 1893. aastal avastas prantsuse teadlane Henry Moissani mineraali, mille koostis sisaldas ränikarbiidi.

See avastus viidi läbi uurides kivimaterjale meteoriidikraatrist Devil's Canyonis, USA. UU Ta nimetas selle mineraali moissaniidiks. Teisest küljest lõi Edward Goodrich Acheson (1894) meetodi ränikarbiidi sünteesimiseks, reageerides liivale või kõrge puhtusastmega kvartsile nafta koksiga.

Goodrich nimetas saadud toote karborundiumi (või karborundiumi) ja asutas abrasiivide tootmiseks ettevõtte.

Indeks

  • 1 Keemiline struktuur
  • 2 Atribuudid
    • 2.1 Üldised omadused
    • 2.2 Termilised omadused
    • 2.3 Mehaanilised omadused
    • 2.4 Elektrilised omadused
  • 3 Kasutamine
    • 3.1 Abrasiivmaterjalina
    • 3.2 Struktureeritud keraamika kujul
    • 3.3 Muud kasutusalad
  • 4 Viited

Keemiline struktuur

Ülemine pilt illustreerib ränikarbiidi kuup- ja kristallistruktuuri. See kokkulepe on sama, mis teemandil, vaatamata C ja Si vaheliste aatomkiirte erinevustele.

Kõik sidemed on tugevalt kovalentsed ja suunda, erinevalt ioonsetest tahketest ainetest ja nende elektrostaatilistest koostoimetest.

SiC moodustab molekulaarse tetrahedra; see tähendab, et kõik aatomid on seotud veel nelja aatomiga. Need tetraedrilised üksused ühendatakse kovalentsete sidemetega, kasutades kihtidena kristallilisi struktuure.

Nendel kihtidel on ka oma kristalljärjestused, mis on kolme tüüpi: A, B ja C.

See tähendab, et kiht A erineb B-st ja see C-st. Seega koosneb SiC-kristall kihtide järjestuse virnastamisest, mis ilmneb poliitipismi nime all..

Näiteks kuupmeetri polüpüütüüp (sarnane teemandiga) koosneb kihtidest ABC ja seetõttu on kristallstruktuur 3C.

Teised nende kihtide korstnad genereerivad ka teisi struktuure, nende romboedrite ja kuusnurkade vahel. Tegelikult on ränikarbiidi kristalsed struktuurid "kristallilised häired"..

Lihtsaim kuusnurkne struktuur SiC jaoks, 2H (ülemine pilt), moodustub kihtide virnastamise tulemusena ABABA järjestusega ... Pärast iga kahte kihti korratakse järjestust ja see on koht, kus number 2 pärineb.

Omadused

Üldised omadused

Molaarmass

40,11 g / mol

Välimus

Oleneb valmistamismeetodist ja kasutatud materjalidest. See võib olla: kollane, roheline, must-sinine või iirisev kristall.

Tihedus

3,16 g / cm3

Sulamistemperatuur

2830 ° C.

Murdumisnäitaja

2.55.

Kristallid

On polümorfism: αSiC kuusnurkne kristall ja βSiC kuupristall.

Kõvadus

9 kuni 10 Mohsi skaalal.

Vastupidavus keemilistele ainetele

See on vastupidav tugevate hapete ja leeliste toimele. Lisaks on ränikarbiid keemiliselt inertne.

Termilised omadused

- Kõrge soojusjuhtivus.

- Talub suuri temperatuure.

- Kõrge soojusjuhtivus.

- Lineaarse soojuspaisumise koefitsient madal, mis toetab kõrgeid temperatuure madala laienemisega.

- Vastupidav soojusšokkile.

Mehaanilised omadused

- Kõrge survetugevus.

- Vastupidav kulumisele ja korrosioonile.

- See on väga tugev ja vastupidav materjal.

- Säilitab oma elastsuse kõrge temperatuuri juures.

Omadused elektriline

See on pooljuht, mis suudab täita oma funktsioone kõrgetel temperatuuridel ja äärmuslikel pingetel, vähe hajutades oma võimu elektriväljale.

Kasutamine

Nagu abrasiivne

- Ränikarbiid on pooljuht, mis suudab taluda kõrgeid temperatuure, kõrgepinge või elektrivälja gradiente 8 korda rohkem kui räni talub. Seetõttu on see kasulik dioodide, muundurite, summutite ja suure energiaga mikrolaineseadmete ehitamisel.

- Valgust kiirgavad dioodid (LED) ja esimese raadio detektorid (1907) on valmistatud ühendiga. Praegu on LED-pirnide valmistamisel asendatud ränikarbiidi galliumnitriidiga, mis kiirgab valgust 10 kuni 100 korda heledamaks.

- Elektrisüsteemides kasutatakse ränikarbiidi elektrivarustussüsteemide välklambina, kuna need võivad reguleerida nende vastupidavust, reguleerides pinge läbi selle.

Struktureeritud keraamika kujul

- Paagutamisel tuntud protsessis kuumutatakse ränikarbiidi osakesed - nagu ka kaaslastega - temperatuurini, mis on madalam kui selle segu sulamistemperatuur. Seega suurendab see keraamilise objekti tugevust ja tugevust, moodustades osakeste vahel tugevad sidemed.

- Ränikarbiidi struktuurkeraamil on olnud palju kasutusviise. Neid kasutatakse ketaspidurites ja mootorsõidukite sidurites, diislikütuses olevates osakeste filtrites ja õli lisandina hõõrdumise vähendamiseks..

- Ränikarbiidi struktuurkeraamika kasutus on muutunud laialdaseks kõrge temperatuuriga kokkupuutunud osades. Näiteks on tegemist raketi pihustite ja ahjude rullide kurguga.

- Kõrge soojusjuhtivuse, kõvaduse ja kõrge temperatuuri stabiilsuse kombinatsioon muudab soojusvaheti torude komponendid ränikarbiidiga.

- Konstruktsioonikeraamikat kasutatakse liivapritsisüsteemides, veepumpade auto tihendid, laagrid ja ekstrusioonid. See moodustab ka tiiglite materjali, mida kasutatakse metalli valamisel.

- See on osa klaasi ja värviliste metallide sulatamisel kasutatavatest küttekehadest, samuti metallide kuumtöötlusest.

Muud kasutusalad

- Seda saab kasutada gaasi temperatuuri mõõtmisel. Püromeetriaga tuntud meetodis kuumutatakse ränikarbiidkiud ja kiirgatakse kiirgust, mis korreleerub temperatuuriga vahemikus 800-2500 ° C.

- Seda kasutatakse tuumaelektrijaamades, et vältida lõhustumise teel tekkinud materjali lekkimist.

- Terase tootmisel kasutatakse seda kütusena.

Viited

  1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Ränikarbiid: vana sõbra tagastamine. Material Matters 4. köide Artikkel 2. Välja otsitud 05.05.2018, alates: sigmaaldrich.com
  2. John Faithfull (Veebruar 2010). Carborundi kristallid. Välja otsitud 5. mail 2018 alates: commons.wikimedia.org
  3. Charles & Colvard. Polüpism ja moissaniit. Välja otsitud 05.05.2018, alates: moissaniteitalia.com
  4. Materjaliteadlane. (2014). SiC2HstructureA. [Joonis] Välja otsitud 5. mail 2018 alates: commons.wikimedia.org
  5. Wikipedia. (2018). Ränikarbiid. Välja otsitud 5. mail 2018 alates: en.wikipedia.org
  6. Navarro SiC. (2018). Ränikarbiid. Välja otsitud 05.05.2018, alates: navarrosic.com
  7. Barcelona ülikool. Ränikarbiid, SiC. Välja otsitud 05.05.2018, alates: ub.edu
  8. CarboSystem. (2018). Ränikarbiid. Välja otsitud 05.05.2018, alates: carbosystem.com