SILISIUMKARBID: KJEMISK STRUKTUR, EGENSKAPER OG BRUKSOMRÅDER - KJEMI - 2026

Den silisiumkarbid er en solid kovalent bestående av karbon og silisium. Det er veldig vanskelig med en verdi fra 9,0 til 10 i Mohs-skalaen, og dens kjemiske formel er SiC, noe som kan antyde at karbon er bundet til silisium av en kovalent trippelbinding, med en positiv ladning (+ ) på Si og en negativ ladning (-) på karbon ( ⁺ Si≡C ^- ).

Egentlig er obligasjonene i denne forbindelsen helt forskjellige. Det ble oppdaget i 1824 av den svenske kjemikeren Jön Jacob Berzelius, mens han prøvde å syntetisere diamanter. I 1893 oppdaget den franske forskeren Henry Moissani et mineral hvis sammensetning inneholdt silisiumkarbid.

Denne oppdagelsen ble gjort under undersøkelse av steinprøver fra krateret til en meteoritt i Devil's Canyon, USA. Han ga navnet mineralet moissanite. På den annen side skapte Edward Goodrich Acheson (1894) en metode for å syntetisere silisiumkarbid, og reagerte sand eller kvarts med høy renhet med petroleumskoks.

Goodrich kalte produktet oppnådd carborundum (eller carborundium) og grunnla et selskap for å produsere slipemidler.

Kjemisk struktur

Det øverste bildet illustrerer den kubiske og krystallinske strukturen til silisiumkarbid. Dette arrangementet er det samme som diamant, til tross for forskjellene i atomradier mellom C og Si.

Alle bindinger er sterkt kovalente og retningsbestemte, i motsetning til ioniske faste stoffer og deres elektrostatiske interaksjoner.

SiC danner molekylær tetraedre; det vil si at alle atomene er knyttet til fire andre. Disse tetraedriske enhetene er forbundet med kovalente bindinger, idet de bruker lagdelte krystallinske strukturer.

Disse lagene har også sine egne krystallarrangementer, som er av tre typer: A, B og C.

Med andre ord er et lag A forskjellig fra lag B, og det siste fra C. Dermed består SiC-krystallen av stabling av en sekvens av lag, fenomenet kjent som polytypisme.

For eksempel består den kubiske polytypen (lik diamant) av en bunke med ABC-lag og har derfor en 3C krystallstruktur.

Andre stabler av disse lagene genererer også andre strukturer, mellom disse rhombohedrale og sekskantede polytypene. Faktisk ender de krystallinske strukturer av SiC som en "krystallinsk forstyrrelse".

Den enkleste sekskantede strukturen for SiC, 2H (øvre bilde), dannes som et resultat av lagingen av lagene med ABABA-sekvensen … Etter hvert to lag gjentas sekvensen, og det er der tallet 2 kommer fra .

Egenskaper

Generelle egenskaper

Molmasse

40,11 g / mol

Utseende

Det varierer med metoden for innhenting og materialene som brukes. Det kan være: gule, grønne, svartblå eller iriserende krystaller.

tetthet

3,16 g / cm3

Smeltepunkt

2830 ° C.

Brytningsindeks

2.55.

krystaller

Det er polymorfismer: αSiC sekskantede krystaller og βSiC kubiske krystaller.

hardhet

9 til 10 på Mohs-skalaen.

Motstand mot kjemiske stoffer

Det er motstandsdyktig mot virkningen av sterke syrer og alkalier. Dessuten er silisiumkarbid kjemisk inert .

Termiske egenskaper

- Høy varmeledningsevne.

- Tåler høye temperaturer.

- Høy varmeledningsevne.

- Lav lineær termisk ekspansjonskoeffisient, så den støtter høye temperaturer med lav ekspansjon.

- Motstandsdyktig mot termisk støt.

Mekaniske egenskaper

- Høy motstand mot kompresjon.

- Motstandsdyktig mot slitasje og korrosjon.

- Det er et lett materiale med stor styrke og motstand.

- Opprettholder sin elastiske motstand ved høye temperaturer.

Egenskaper

Det er en halvleder som kan oppfylle sine funksjoner ved høye temperaturer og ekstreme spenninger, med liten spredning av kraften til det elektriske feltet.

applikasjoner

Som et slipemiddel

- Silisiumkarbid er en halvleder som er i stand til å motstå høye temperaturer, høyspenning eller elektriske feltgradienter 8 ganger mer enn silisium kan. Av denne grunn er det nyttig ved konstruksjon av dioder, transitorer, undertrykkere og mikrobølgeenheter med høy energi.

- Med forbindelsen produseres lysemitterende dioder (LED) og detektorer fra de første radioene (1907). For øyeblikket er silisiumkarbid erstattet i produksjonen av LED-pærer med galliumnitrid som avgir et lys som er 10 til 100 ganger lysere.

- I elektriske systemer brukes silisiumkarbid som lynstav i elektriske kraftsystemer, siden de kan regulere motstanden ved å regulere spenningen over den.

I form av strukturert keramikk

- I en prosess kjent som sintring, blir silisiumkarbidpartiklene - så vel som de som ledsagerne - oppvarmet til en temperatur som er lavere enn smeltetemperaturen for denne blandingen. Dermed øker den motstanden og styrken til det keramiske objektet, ved å danne sterke bindinger mellom partiklene.

- Silisiumkarbidkonstruksjonskeramikk har hatt et stort spekter av bruksområder. De brukes i skivebremser og koblinger til motorvogner, i partikelfilter med diesel og som tilsetningsstoff i oljer for å redusere friksjonen.

- Bruken av silisiumkarbidstrukturkeramikk er blitt utbredt i deler utsatt for høye temperaturer. For eksempel er dette tilfelle halsen på rakettinjektorene og rullene til ovnene.

- Kombinasjonen av høy varmeledningsevne, hardhet og stabilitet ved høye temperaturer gjør komponentene i rørene til varmevekslere produsert med silisiumkarbid.

- Strukturell keramikk brukes i sandblåsinjektorer, vannpumpe-tetninger, lagre og ekstruderingsdyser. Det er også materialet for digler, brukt i metallsmelting.

- Det er en del av varmeelementene som brukes i smelting av glass og ikke-jernholdige metaller, samt i varmebehandling av metaller.

Andre bruksområder

- Den kan brukes til å måle temperaturen på gasser. I en teknikk kjent som pyrometri blir et silisiumkarbidtråd oppvarmet og avgir stråling som korrelerer med temperatur i området 800-2500 ºK.

- Det brukes i atomkraftverk for å forhindre lekkasje av materiale produsert ved klyvning.

- I produksjonen av stål brukes det som drivstoff.

referanser

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silisiumkarbid: en gammel venns retur. Material Matters Volume 4 Article 2. Hentet 05. mai 2018, fra: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Februar 2010). Carborundum krystaller. Hentet 5. mai 2018, fra: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypisme og Moissanite. Hentet 5. mai 2018, fra: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. . Hentet 5. mai 2018, fra: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silisiumkarbid. Hentet 5. mai 2018, fra: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silisiumkarbid. Hentet 5. mai 2018, fra: navarrosic.com
7. Universitetet i Barcelona. Silisiumkarbid, SiC. Hentet 5. mai 2018, fra: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Silisiumkarbid. Hentet 5. mai 2018, fra: carbosystem.com