СИЛИЦИЕВ КАРБИД: ХИМИЧНА СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В карбид силиций е твърд ковалентна състояща се от въглерод и силиций. Много е трудно със стойност от 9,0 до 10 по скалата на Mohs, а химическата му формула е SiC, което може да предполага, че въглеродът се свързва със силиция чрез ковалентна тройна връзка с положителен заряд (+) на Si и отрицателен заряд (-) върху въглерод (⁺ Si≡C ^-).

Всъщност връзките в това съединение са напълно различни. Открит е през 1824 г. от шведския химик Йон Яков Берзелий, докато се опитва да синтезира диаманти. През 1893 г. френският учен Хенри Мойсани открил минерал, чийто състав съдържа силициев карбид.

Това откритие е направено при изследване на скални проби от кратера на метеорит в Дяволския каньон, САЩ. Той е кръстил този минерален моисанит. От друга страна, Едуард Гудрих Ачесън (1894) създава метод за синтезиране на силициев карбид, реагиращ на висококачествен пясък или кварц с нефтен кокс.

Гудрих нарече получения продукт карборундум (или карборунд) и основава компания за производство на абразиви.

Химическа структура

Горното изображение илюстрира кубичната и кристална структура на силициевия карбид. Тази подредба е същата като тази на диаманта, въпреки разликите в атомните радиуси между C и Si.

Всички връзки са силно ковалентни и насочени, за разлика от йонните твърди частици и техните електростатични взаимодействия.

SiC образува молекулни тетраедри; това означава, че всички атоми са свързани с четири други. Тези тетраедрични единици са свързани заедно с ковалентни връзки, възприемайки слоести кристални структури.

Също така, тези слоеве имат свои собствени кристални подредби, които са от три типа: A, B и C.

Тоест слой А е различен от слой В, а последният от С. Така кристалът SiC се състои в подреждането на последователност от слоеве, явление, известно като възникване на политипизъм.

Например, кубичният политип (подобен на този на диаманта) се състои от куп ABC слоеве и следователно има 3С кристална структура.

Други купчини от тези слоеве генерират и други структури, между тези ромбоедрични и шестоъгълни политипи. Всъщност кристалните структури на SiC в крайна сметка са "кристално разстройство".

Най-простата шестоъгълна структура за SiC, 2H (горното изображение), се формира в резултат на подреждането на слоевете с ABABA последователност… След всеки два слоя последователността се повтаря и оттам идва числото 2,

Имоти

Общи свойства

Моларна маса

40.11 g / mol

Външен вид

Той варира според метода на получаване и използваните материали. Тя може да бъде: жълти, зелени, черно-сини или райести кристали.

плътност

3,16 g / cm3

Точка на топене

2830 ° C.

Рефракционен индекс

2.55.

кристали

Има полиморфизми: αSiC шестоъгълни кристали и βSiC кубични кристали.

твърдост

9 до 10 по скалата на Mohs.

Устойчивост на химически агенти

Устойчив е на действието на силни киселини и основи. Също така, силициевият карбид е химически инертен .

Топлинни свойства

- Висока топлопроводимост.

- Издържа на високи температури.

- Висока топлопроводимост.

- Нисък линеен коефициент на термично разширение, така че поддържа високи температури с ниско разширение.

- Устойчив на топлинен удар.

Механични свойства

- Висока устойчивост на компресия.

- Устойчив на абразия и корозия.

- Това е лек материал с голяма здравина и устойчивост.

- Поддържа еластичната си устойчивост при високи температури.

Имоти

Това е полупроводник, който може да изпълнява функциите си при високи температури и екстремни напрежения, с малко разсейване на силата си към електрическото поле.

Приложения

Като абразив

- Силициевият карбид е полупроводник, способен да издържа на високи температури, високо напрежение или градиенти на електрическо поле 8 пъти повече, отколкото силициевият може. Поради тази причина е полезно при изграждането на диоди, транзистори, супресори и високоенергийни микровълнови устройства.

- Със съединението се произвеждат светодиоди (светодиоди) и детектори на първите радиостанции (1907 г.). Понастоящем силициевият карбид е заменен при производството на LED крушки от галиев нитрид, който излъчва светлина, която е от 10 до 100 пъти по-ярка.

- В електрическите системи силициевият карбид се използва като гръмоотвод в електроенергийните системи, тъй като те могат да регулират неговото съпротивление чрез регулиране на напрежението в него.

Под формата на структурирана керамика

- В процес, известен като синтероване, частиците на силициевия карбид - както и тези на спътниците - се нагряват до температура, по-ниска от температурата на топене на тази смес. По този начин той увеличава устойчивостта и здравината на керамичния предмет, като образува силни връзки между частиците.

- Структурната керамика от силициев карбид има огромно приложение. Използват се при дискови спирачки и съединители на моторни превозни средства, в дизелови филтри за твърди частици и като добавка в масла за намаляване на триенето.

- Използването на структурна керамика от силициев карбид стана широко разпространено в части, изложени на високи температури. Например, това е случаят с гърлото на ракетните инжектори и ролките на пещите.

- Комбинацията от висока топлопроводимост, твърдост и висока температурна стабилност прави компонентите на топлообменните тръби, произведени от силициев карбид.

- Структурната керамика се използва в пясъчни инжектори, автомобилни уплътнения за водна помпа, лагери и матрици за екструдиране. Той е и материалът за тигелите, използван при топенето на метали.

- Той е част от нагревателните елементи, използвани при топенето на стъкло и цветни метали, както и при термичната обработка на металите.

Други приложения

- Може да се използва при измерване на температурата на газовете. В техника, известна като пирометрия, нажежената силициева карбидна нишка се нагрява и излъчва радиация, която корелира с температурата в обхват 800-2500ºK.

- Използва се в ядрени инсталации за предотвратяване на изтичането на материал, получен при делене.

- При производството на стомана се използва като гориво.

Препратки

1. Никълъс Г. Райт, Алтън Б. Horsfall. Силициев карбид: Завръщането на стар приятел. Материални въпроси Том 4 Член 2. Произведен на 05 май 2018 г. от: sigmaaldrich.com
2. Джон Файтфул. (Февруари 2010 г.). Карборунди кристали. Произведено на 05 май 2018 г. от: commons.wikimedia.org
3. Чарлз и Колвард. Политипизъм и моисанит. Произведено на 5 май 2018 г. от: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA., Произведено на 05 май 2018 г. от: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Силициев карбид. Произведено на 05 май 2018 г. от: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Силициев карбид. Произведено на 5 май 2018 г. от: navarrosic.com
7. Университет в Барселона. Силициев карбид, SiC. Произведено на 05 май 2018 г. от: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Силициев карбид. Произведено на 05 май 2018 г. от: carbosystem.com