KISELKARBID: KEMISK STRUKTUR, EGENSKAPER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2025

Den kiselkarbid är en fast kovalent bestående av kol och kisel. Det är mycket svårt med ett värde från 9,0 till 10 i Mohs-skalan, och dess kemiska formel är SiC, vilket kan antyda att kol är bundet till kisel av en kovalent trippelbindning, med en positiv laddning (+ ) på Si och en negativ laddning (-) för kol ( ⁺ Si≡C ^- ).

Egentligen är obligationerna 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 sammansättning innehöll kiselkarbid.

Denna upptäckt gjordes under undersökning av bergprover från en meteoritkrater i Devil's Canyon, USA. Han namngav denna mineral moissanite. Å andra sidan skapade Edward Goodrich Acheson (1894) en metod för att syntetisera kiselkarbid och reagera med hög renhet sand eller kvarts med petroleumkoks.

Goodrich kallade produkten som erhölls carborundum (eller carborundium) och grundade ett företag för att producera slipmedel.

Kemisk struktur

Den översta bilden illustrerar kubik och kristallin struktur av kiselkarbid. Detta arrangemang är detsamma som diamant, trots skillnaderna i atomradier mellan C och Si.

Alla bindningar är starkt kovalenta och riktade, till skillnad från joniska fasta ämnen och deras elektrostatiska interaktioner.

SiC bildar molekylär tetraedra; det vill säga att alla atomer är kopplade till fyra andra. Dessa tetraedriska enheter sammanfogas av kovalenta bindningar, antar skiktade kristallina strukturer.

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

Med andra ord, ett lager A skiljer sig från lager B, och det senare från C. Således består SiC-kristallen av stapling av en sekvens av skikt, fenomenet känt som polytypism förekommer.

Till exempel består den kubiska polytypen (liknande diamanten) av en bunt med ABC-lager och har därför en 3C kristallin struktur.

Andra staplar av dessa lager genererar också andra strukturer, mellan dessa romboedrala och hexagonala polytyper. I själva verket är de kristallina strukturerna av SiC en "kristallin störning".

Den enklaste sexkantiga strukturen för SiC, 2H (övre bild), bildas som ett resultat av staplingen av lagren med ABABA-sekvensen … Efter vartannat lager upprepas sekvensen, och det är där numret 2 kommer från .

Egenskaper

Generella egenskaper

Molmassa

40,11 g / mol

Utseende

Det varierar med metoden för att erhålla och vilka material som används. Det kan vara: gula, gröna, svartblåa eller iriserande kristaller.

Densitet

3,16 g / cm3

Smältpunkt

2830 ° C

Brytningsindex

2,55.

kristaller

Det finns polymorfismer: αSiC hexagonala kristaller och ßSiC kubiska kristaller.

Hårdhet

9 till 10 på Mohs-skalan.

Resistens mot kemiska medel

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

Termiska egenskaper

- Hög värmeledningsförmåga.

- Tål höga temperaturer.

- Hög värmeledningsförmåga.

- Låg linjär värmeutvidgningskoefficient, så att den stöder höga temperaturer med låg expansion.

- Resistent mot termisk chock.

Mekaniska egenskaper

- Hög motståndskraft mot kompression.

- Resistent mot nötning och korrosion.

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

- Bibehåller sin elastiska motstånd vid höga temperaturer.

Egenskaper

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

tillämpningar

Som ett slipmedel

- Kiselkarbid är en halvledare som kan motstå höga temperaturer, högspänning eller elektriska fältgradienter 8 gånger mer än kisel kan. Av detta skäl är det användbart vid konstruktion av dioder, transitorer, undertryckare och mikrovågsanordningar med hög energi.

- Med sammansättningen tillverkas ljusemitterande dioder (LED) och detektorer från de första radioapparaterna (1907). För närvarande har kiselkarbid ersatts vid tillverkning av LED-lampor med galliumnitrid som avger ett ljus som är 10 till 100 gånger ljusare.

- I elektriska system används kiselkarbid som en blixtstång i elektriska kraftsystem, eftersom de kan reglera dess motstånd genom att reglera spänningen över den.

I form av strukturerad keramik

- I en process som kallas sintring upphettas kiselkarbidpartiklarna - liksom de som följeslagare - till en temperatur som är lägre än smälttemperaturen för denna blandning. Således ökar det motståndet och styrkan hos det keramiska föremålet genom att bilda starka bindningar mellan partiklarna.

- Silikonkarbidkonstruktionskeramik har haft ett stort antal applikationer. De används i skivbromsar och kopplingar i motorfordon, i partikelfilter med diesel och som tillsats i oljor för att minska friktionen.

- Användningen av kiselkarbidkonstruktionskeramik har blivit utbredd i delar utsatta för höga temperaturer. Till exempel är detta fallet med raketinjektorernas hals och ugnarna.

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

- Strukturell keramik används i sandblåsinjektorer, vattenpumpstätningar för fordon, lager och strängsprutor. Det är också materialet för degel som används vid metallsmältning.

- Det är en del av värmeelementen som används vid smältning av glas och icke-järnmetaller, samt vid värmebehandling av metaller.

Andra användningsområden

- Det kan användas vid mätning av gasens temperatur. I en teknik som kallas pyrometri upphettas ett kiselkarbidtråd och avger strålning som korrelerar med temperaturen inom ett område av 800-2500ºK.

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

- Vid produktion av stål används det som bränsle.

referenser

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicon Carbide: The Return of a Old Friend. Materialmaterial 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 Moissanite. Hämtad den 5 maj 2018, från: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. . Hämtad den 5 maj 2018 från: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Kiselkarbid. Hämtad den 5 maj 2018, från: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Kiselkarbid. Hämtad den 5 maj 2018 från: navarrosic.com
7. Barcelona universitet. Silikonkarbid, SiC. Hämtad den 5 maj 2018, från: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Siliciumkarbid. Hämtad den 5 maj 2018, från: carbosystem.com