SZILÍCIUM-KARBID: KÉMIAI SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK ÉS FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A szilícium-karbid szilárd kovalens szén és szilícium. Nagyon nehéz, a Mohs-skálán 9,0 és 10 közötti értékkel, és kémiai képlete SiC, ami arra enged következtetni, hogy a szén kovalens hármas kötéssel kötődik a szilikonhoz pozitív töltéssel (+) Si-n és negatív töltés (-) a szénen (⁺ Si≡C ^-).

Valójában ebben a vegyületben a kötések teljesen különböznek. 1824-ben Jön Jacob Berzelius svéd vegyész fedezte fel a gyémántok szintetizálása közben. 1893-ban a francia tudós, Henry Moissani felfedezett egy ásványi anyagot, amelynek összetétele szilícium-karbidot tartalmazott.

Ezt a felfedezést az USA Devil's Canyon-i meteorit-kráter kráteréből származó kőminták vizsgálata során nevezték el. Másrészről, Edward Goodrich Acheson (1894) létrehozott egy módszert a szilícium-karbid szintézisére, nagy tisztaságú homok vagy kvarc reagáltatásával kőolajkokszmal.

Goodrich a kapott terméket carborundumnak (vagy carborundiumnak) nevezte, és céget hozott létre csiszolóanyagok gyártására.

Kémiai szerkezet

A felső kép a szilícium-karbid köbös és kristályos szerkezetét szemlélteti. Ez az elrendezés megegyezik a gyémántéval, annak ellenére, hogy az atomi sugár eltérések a C és Si között.

Az összes kötés erősen kovalens és irányított, ellentétben az ionos szilárd anyagokkal és elektrosztatikus kölcsönhatásaikkal.

A SiC molekuláris tetraédert képez; vagyis minden atom kapcsolódik négy másik csoporthoz. Ezeket a tetraéderes egységeket kovalens kötések kötik össze, rétegezett kristályszerkezeteket alkalmazva.

Ezenfelül ezeknek a rétegeknek megvannak a saját kristályrendezései, amelyek háromféleek: A, B és C.

Más szavakkal, az A réteg különbözik a B rétegtől, utóbbi pedig a C. rétegtől. Tehát a SiC kristály rétegek sorozatának egymásra rakásáról áll, amely a polytypism néven ismert jelenség.

Például a köbméretű poli (a gyémánthoz hasonlóan) ABC rétegekből áll, így 3C kristályszerkezettel rendelkezik.

Ezeknek a rétegeknek a többi halmaza más struktúrákat is létrehoz, ezen romboéder és a hatszögletű poliípusok között. Valójában a SiC kristályszerkezete "kristályos rendellenesség".

A SiC legegyszerűbb hatszögletű szerkezete, a 2H (felső kép) a rétegek ABABA szekvenciával történő egymásra rakása eredményeként alakul ki. Minden második réteg után a szekvencia megismétlődik, és innen származik a 2. szám..

Tulajdonságok

Általános tulajdonságok

Moláris tömeg

40,11 g / mol

Megjelenés

Ez az előállítás módjától és a felhasznált anyagokatól függ. Lehetnek: sárga, zöld, feketéskék vagy irizáló kristályok.

Sűrűség

3,16 g / cm3

Olvadáspont

2830 ° C

Törésmutató

2.55.

Crystals

Vannak polimorfizmusok: αSiC hatszögletű kristályok és βSiC köbös kristályok.

Keménység

9–10 a Mohs skálán.

Ellenállás vegyi anyagokkal szemben

Ellenáll az erős savak és lúgok hatásának. A szilícium-karbid kémiailag semleges .

Termikus tulajdonságok

- Magas hővezető képesség.

- Magas hőmérsékleten ellenáll.

- Magas hővezető képesség.

- Alacsony lineáris hőtágulási együttható, így alacsony hőmérsékleten támogatja a magas hőmérsékletet.

- Hõsokkoknak ellenálló.

Mechanikai tulajdonságok

- Nagyon ellenáll a nyomásnak.

- Kopás- és korrózióálló.

- Nagy szilárdságú és ellenálló képességű könnyű anyag.

- Magas hőmérsékleten fenntartja elasztikus ellenállását.

Tulajdonságok

Félvezető, amely magas hőmérsékleteken és szélsőséges feszültségeken is képes ellátni funkcióit, kevés energiával oszlik el az elektromos mezőre.

Alkalmazások

Csiszolóként

- A szilícium-karbid egy félvezető, amely képes a magas hőmérsékletek, a magas feszültség vagy az elektromos térerődés ellen nyolcszor jobban ellenállni, mint a szilícium képes. Ezért hasznos lehet diódák, transzmitterek, szupresszorok és nagy energiájú mikrohullámú készülékek gyártásában.

- A vegyülettel fénykibocsátó diódákat (LED-eket) és az első rádiók detektorokat (1907) gyártanak. Jelenleg a szilícium-karbidot a LED-izzók gyártásakor olyan gallium-nitrid váltja fel, amely 10–100-szor nagyobb fényt bocsát ki.

- Az elektromos rendszerekben a szilícium-karbidot villámhúzóként használják az elektromos rendszerekben, mivel az ellenállást az átmenő feszültség szabályozásával szabályozzák.

Strukturált kerámia formájában

- A szinterelésnek nevezett eljárás során a szilícium-karbid-részecskéket - akárcsak a társaiké - ezen a keverék olvadási hőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékleten hevítik. Így növeli a kerámia tárgy ellenállását és szilárdságát azáltal, hogy erős kötéseket képez a részecskék között.

- A szilícium-karbid szerkezeti kerámia alkalmazások széles választékát kínálták. Tárcsafékben és gépjármű tengelykapcsolóban, dízel részecskeszűrőkben és a súrlódás csökkentésére szolgáló adalékanyagként használják.

- A szilícium-karbid szerkezeti kerámiák széles körben elterjedtek a magas hőmérsékletnek kitett részekben. Például ez a helyzet a rakétafecskendezők torkának és a kemencék görgőinek esetében.

- A magas hővezető képesség, a keménység és a magas hőmérsékleti stabilitás kombinációja révén a szilikon-karbiddal gyártott hőcserélő csöveinek alkatrészei előállíthatók.

- A szerkezeti kerámiát homokfúvókákban, gépjármű vízszivattyú tömítésekben, csapágyakban és extrudáló szerszámokban használják. Ez a tégelyek anyaga, amelyet a fém olvasztásához használnak.

- Az üveg és a színesfém olvasztásához, valamint a fémek hőkezeléséhez használt fűtőelemek része.

Egyéb felhasználások

- Használható a gázok hőmérsékletének mérésére. A pirometria néven ismert eljárásban a szilícium-karbid izzószálat melegítik, és olyan sugárzást bocsátanak ki, amely a hőmérséklettől korrelál 800-2500ºK tartományban.

- Atomerőművekben használják a hasadásból származó anyag szivárgásának megakadályozására.

- Acélgyártásban tüzelőanyagként használják.

Irodalom

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Szilícium-karbid: Egy régi barát visszatérése. Anyagügyek 4. kötet, 2. cikk. Beolvasva 2018. május 05-én, a következő helyről: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (2010. február). Carborundum kristályok. Visszakeresve: 2018. május 5-én, a következő helyről: commons.wikimedia.org
3. Charles és Colvard. Polisztizmus és moissanit. Visszakeresve: 2018. május 5-én, a moissaniteitalia.com webhelyről
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA.. Visszakeresve: 2018. május 5-én, a következő helyről: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Szilícium-karbid. Visszakeresve: 2018. május 5-én, a következő helyről: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Szilícium-karbid. Beolvasva: 2018. május 5-én, a következő helyről: navarrosic.com
7. A barcelonai egyetem. Szilícium-karbid, SiC. Visszakeresve: 2018. május 05-én, a következő helyről: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Szilícium-karbid. Letöltve: 2018. május 5-én, a következő helyről: carbosystem.com