CARBURĂ DE SILICIU: STRUCTURĂ CHIMICĂ, PROPRIETĂȚI ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Carbură de siliciu este un covalentă solid din carbon și siliciu. Este foarte greu cu o valoare de 9,0 până la 10 pe scara Mohs, iar formula sa chimică este SiC, care poate sugera că carbonul este legat de siliciu printr-o legătură triplă covalentă, cu o sarcină pozitivă (+ ) pe Si și o sarcină negativă (-) pe carbon ( ⁺ Si≡C ^- ).

De fapt, legăturile din acest compus sunt total diferite. Acesta a fost descoperit în 1824 de chimistul suedez Jön Jacob Berzelius, în timp ce încerca să sintetizeze diamante. În 1893, savantul francez Henry Moissani a descoperit un mineral a cărui compoziție conține carbură de siliciu.

Această descoperire a fost făcută în timp ce examinați mostre de rocă din craterul unui meteorit din Devil's Canyon, SUA. El a numit acest moissanit mineral. Pe de altă parte, Edward Goodrich Acheson (1894) a creat o metodă de sinteză a carburii de siliciu, reacționând nisipul sau cuarțul de înaltă puritate cu coca de petrol.

Goodrich a numit produsul obținut carborundum (sau carborundium) și a înființat o companie care să producă abrazivi.

Structura chimică

Imaginea de sus ilustrează structura cubică și cristalină a carburii de siliciu. Acest aranjament este același cu cel al diamantului, în ciuda diferențelor în razele atomice dintre C și Si.

Toate legăturile sunt puternic covalente și direcționale, spre deosebire de solidele ionice și de interacțiunile lor electrostatice.

SiC formează tetraedre moleculare; adică toți atomii sunt legați de alți patru. Aceste unități tetraedrice sunt unite prin legături covalente, adoptând structuri cristaline stratificate.

De asemenea, aceste straturi au propriile lor aranjamente cristaline, care sunt de trei tipuri: A, B și C.

Adică, un strat A este diferit de stratul B, iar acesta din urmă de C. Astfel, cristalul de SiC constă în stivuirea unei secvențe de straturi, fenomenul cunoscut sub numele de polipilism.

De exemplu, polipul tip cubic (similar cu cel al diamantului) este format dintr-un teanc de straturi ABC și, prin urmare, are o structură cristalină 3C.

Alte stive ale acestor straturi generează și alte structuri, între aceste polipuri romboedrice și hexagonale. De fapt, structurile cristaline ale SiC ajung să fie o „tulburare cristalină”.

Cea mai simplă structură hexagonală pentru SiC, 2H (imaginea superioară), este formată ca urmare a stivuirii straturilor cu secvența ABABA … După fiecare două straturi, secvența se repetă și de aici vine numărul 2. .

Proprietăți

Proprietăți generale

Masă molară

40,11 g / mol

Aspect

Acesta variază în funcție de metoda de obținere și de materialele utilizate. Poate fi: galben, verde, albastru negru sau cristale iridescente.

Densitate

3,16 g / cm3

Punct de topire

2830 ° C.

Indicele de refracție

2.55.

cristale

Există polimorfisme: cristale hexagonale αSiC și cristale cubice βSiC.

Duritate

9-10 la scara Mohs.

Rezistență la agenți chimici

Este rezistent la acțiunea acizilor puternici și a alcalinilor. De asemenea, carbura de siliciu este inertă chimic .

Proprietati termice

- conductivitate termică ridicată.

- Rezistă la temperaturi ridicate.

- conductivitate termică ridicată.

- Coeficient de expansiune termică liniară scăzută, deci suportă temperaturi ridicate cu expansiune scăzută.

- Rezistent la șocuri termice.

Proprietăți mecanice

- Rezistență ridicată la compresie.

- rezistent la abraziune și coroziune.

- Este un material ușor de mare rezistență și rezistență.

- Își menține rezistența elastică la temperaturi ridicate.

Proprietăți

Este un semiconductor care își poate îndeplini funcțiile la temperaturi ridicate și tensiuni extreme, cu o mică disipare a puterii sale către câmpul electric.

Aplicații

Ca abraziv

- Carbură de siliciu este un semiconductor capabil să reziste la temperaturi ridicate, înclinații de înaltă tensiune sau câmp electric de 8 ori mai mult decât poate siliconul. Din acest motiv, este util în construcția de diode, tranzitoare, supresoare și dispozitive cu microunde cu energie mare.

- Cu ajutorul compusului, sunt fabricate diode cu emisie de lumină (LED) și detectoare ale primelor radiouri (1907). În prezent, carbură de siliciu a fost înlocuită la fabricarea becurilor LED cu nitrură de galiu care emite o lumină de 10 până la 100 de ori mai strălucitoare.

- În sistemele electrice, carbură de siliciu este utilizată ca un trăsnet în sistemele de alimentare cu energie electrică, deoarece acestea pot regla rezistența acesteia reglând tensiunea peste ea.

Sub formă de ceramică structurată

- Într-un proces cunoscut sub numele de sinterizare, particulele de carbură de siliciu - precum și cele ale însoțitorilor - sunt încălzite la o temperatură mai mică decât temperatura de topire a acestui amestec. Astfel, crește rezistența și rezistența obiectului ceramic, formând legături puternice între particule.

- Ceramica structurală din carbură de siliciu a avut o gamă vastă de aplicații. Sunt utilizate la frâne cu disc și ambreiajele autovehiculelor, în filtrele de particule diesel și ca aditiv în uleiuri pentru a reduce frecarea.

- Utilizările ceramicii structurale din carbură de siliciu au devenit răspândite în părțile expuse la temperaturi ridicate. De exemplu, acesta este cazul gâtului injectoarelor de rachetă și a rolelor de cuptor.

- Combinația de conductivitate termică ridicată, duritate și stabilitate la temperaturi ridicate face ca componentele tuburilor schimbătoarelor de căldură fabricate cu carbură de siliciu.

- Ceramica structurală se folosește în injectoarele de nisip, garniturile pompei de apă auto, rulmenții și matrițele de extrudare. Este, de asemenea, materialul pentru creuzete, utilizat în topirea metalelor.

- Face parte din elementele de încălzire utilizate la topirea sticlei și a metalelor neferoase, precum și în tratarea termică a metalelor.

Alte utilizări

- Poate fi utilizat pentru măsurarea temperaturii gazelor. Într-o tehnică cunoscută sub numele de pirometrie, un filament de carbură de siliciu este încălzit și emite radiații care se corelează cu temperatura într-un interval de 800-2500ºK.

- Este utilizat în uzinele nucleare pentru a preveni scurgerea materialului produs de fisiune.

- În producția de oțel este utilizat ca combustibil.

Referințe

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Carbură de siliciu: întoarcerea unui vechi prieten. Aspecte materiale Volumul 4 Articolul 2. Adus la 05 mai 2018, de la: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Februarie 2010). Cristale de Carborundum. Preluat pe 05 mai 2018, de la: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polipipism și Moissanite. Preluat pe 5 mai 2018, de pe: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. . Preluat pe 05 mai 2018, de la: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Carbură de siliciu. Preluat pe 05 mai 2018, de la: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Carbură de siliciu. Preluat pe 5 mai 2018, de pe: navarrosic.com
7. Universitatea din Barcelona. Carbură de siliciu, SiC. Preluat pe 05 mai 2018, de la: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Carbură de siliciu. Preluat pe 05 mai 2018, de la: carbosystem.com