СИЛИЦИЈУМ-КАРБИД: ХЕМИЈСКА СТРУКТУРА, СВОЈСТВА И УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Силицијум карбид је чврста ковалентно се састоји од угљеника и силицијума. Веома је тешко са вредношћу од 9,0 до 10 на Мохсовој скали, а његова хемијска формула је СиЦ, што може сугерисати да се угљеник веже на силицијум ковалентном троструком везом, са позитивним набојем (+ ) на Си и негативни набој (-) на угљеник ( ⁺ Си≡Ц ^- ).

Заправо, везе у овом споју су потпуно различите. Открио га је 1824. године шведски хемичар Јон Јацоб Берзелиус, покушавајући да синтетише дијаманте. Француски научник Хенри Моиссани открио је 1893. минерал чији састав садржи силицијум-карбид.

Ово откриће је направљено током испитивања узорака стена из кратера метеорита у Ђавољевом кањону, САД. Он је овај минерал назвао моиссанитом. С друге стране, Едвард Гоодрицх Ацхесон (1894) створио је методу за синтезу силицијум-карбида, реагујући песком или кременом високе чистоће са нафтним коксом.

Гоодрицх је назвао добијени производ карборундум (или карборундиум) и основао компанију за производњу абразива.

Хемијска структура

Горња слика приказује кубну и кристалну структуру силицијум-карбида. Овај распоред је исти као код дијаманта, упркос разликама у атомским радијусима између Ц и Си.

Све везе су снажно ковалентне и смерне, за разлику од јонских чврстих материја и њихових електростатичких интеракција.

СиЦ формира молекуларне тетраедре; то јест, сви атоми су повезани са четири друга. Те тетраедарске јединице су спојене ковалентним везама, прихватајући слојевите кристалне структуре.

Такође, ови слојеви имају своје кристалне аранжмане, који су три врсте: А, Б и Ц.

Другим речима, слој А се разликује од слоја Б, а последњи од Ц. Према томе, СиЦ кристал састоји се од слагања низа слојева, појава позната као појављивање политипизма.

На пример, кубични политип (сличан дијаманту) састоји се од гомиле АБЦ слојева и зато има кристалну структуру 3Ц.

Остали слојеви ових слојева такође стварају друге структуре, између тих ромбоедарских и шестерокутних политипова. У ствари, кристалне структуре СиЦ-а на крају представљају "кристални поремећај".

Најједноставнија шестерокутна структура за СиЦ, 2Х (горња слика), формира се као резултат слагања слојева с АБАБА секвенцом … Након свака два слоја низ се понавља, и одатле долази број 2. .

Својства

Општа својства

Моларна маса

40,11 г / мол

Изглед

Зависно од начина добијања и коришћених материјала. То могу бити: жути, зелени, црнкасто плави или преливени кристали.

Густина

3,16 г / цм3

Тачка топљења

2830 ° Ц

Индекс преламања

2.55.

Кристали

Постоје полиморфизми: αСиЦ хексагонални кристали и кубни кристали βСиЦ.

Тврдоћа

9 до 10 на Мохсовој скали.

Отпорност на хемијска средства

Отпоран је на дејство јаких киселина и алкалија. Такође, силицијум-карбид је хемијски инертан .

Термичка својства

- Висока топлотна проводљивост.

- Подноси високе температуре.

- Висока топлотна проводљивост.

- Низак коефицијент линеарног топлотног ширења, тако да подржава високе температуре са малим ширењем.

- Отпоран је на термички удар.

Механичка својства

- Висока отпорност на компресију.

- Отпоран је на абразију и корозију.

- То је лаган материјал велике снаге и отпорности.

- Одржава еластичну отпорност на високим температурама.

Својства

То је полуводич који може да извршава своје функције при високим температурама и екстремним напонима, уз мало расипања своје снаге на електрично поље.

Апликације

Као абразив

- Силицијум-карбид је полуводич који може да издржи високе температуре, градијенте високог напона или електричног поља 8 пута више него што може силиконски. Из тог разлога је корисно у изградњи диода, транзитора, супресира и високоенергетских микроталасних уређаја.

- Са једињењем се производе светлеће диоде (ЛЕД) и детектори првих радија (1907). Тренутно је силикон карбид замењен у производњи ЛЕД сијалица галијум нитридом који емитује светлост која је 10 до 100 пута јача.

- У електричним системима силицијум-карбид се користи као громобрана у електроенергетским системима, јер они могу да регулишу његов отпор регулисањем напона на њему.

У облику структуриране керамике

- У процесу познатом као синтеровање, честице силицијумовог карбида - као и оне супстанци - греју се на температуру нижу од температуре топљења ове смеше. Тако се повећава отпорност и снага керамичког предмета формирањем јаких веза између честица.

- Структурна керамика силицијум-карбид је имала широку употребу. Користе се у диск кочницама и спојницама моторних возила, у филтерима за честице дизела и као додатак у уљима за смањење трења.

- Употреба структурне керамике силицијум-карбид постала је широко распрострањена у деловима изложеним високим температурама. На пример, то је случај са грлом ракетних млазница и ваљцима пећи.

- Комбинација високе топлотне проводљивости, тврдоће и високе температурне стабилности чине компоненте цеви за размењивање топлоте произведене од силицијум-карбида.

- Конструкцијска керамика се користи у бризгаљкама за песак, бртвама за аутомобилске водене пумпе, лежајевима и екструзијским матрицама. То је уједно и материјал за лончиће који се користи у топљењу метала.

- Део је грејних елемената који се користе у топљењу стакла и обојених метала, као и при термичкој обради метала.

Друге намене

- Може се користити у мерењу температуре гасова. У техници познатој као пирометрија, филамент силицијум-карбида се загрева и емитује зрачење које је у корелацији са температуром у опсегу од 800-2500ºК.

- Користи се у нуклеарним постројењима да спречи истјецање материјала насталог фисијем.

- У производњи челика користи се као гориво.

Референце

1. Ницхолас Г. Вригхт, Алтон Б. Хорсфалл. Силицијум-карбид: Повратак старог пријатеља. Материјалне материје Волумен 4. Чланак 2. Преузето 5. маја 2018. године са: сигмаалдрицх.цом
2. Јохн Фаитхфулл. (Фебруар 2010). Царборундум кристали. Преузето 5. маја 2018. године са: цоммонс.викимедиа.орг
3. Цхарлес и Цолвард. Политипизам и моиссанит. Преузето 5. маја 2018. године са: моиссанитеиталиа.цом
4. Материјалист. (2014). СиЦ2ХструцтуреА. . Преузето 5. маја 2018. године са: цоммонс.викимедиа.орг
5. Википедиа. (2018). Силицијум карбид. Преузето 5. маја 2018. године са: ен.википедиа.орг
6. Наварро СиЦ. (2018). Силицијум карбид. Преузето 5. маја 2018. године са: наварросиц.цом
7. Универзитет у Барселони. Силицијум-карбид, СиЦ. Преузето 5. маја 2018. из: уб.еду
8. ЦарбоСистем. (2018). Силицијум-карбид. Преузето 5. маја 2018. године са: царбосистем.цом