Delen:
Siliciumcarbide chemische structuur, eigenschappen en toepassingen
de siliciumcarbide het is een covalente vaste stof gevormd door koolstof en silicium. Het heeft een grote hardheid met een waarde van 9,0 tot 10 op de schaal van Mohs en de chemische formule is SiC, wat erop kan wijzen dat koolstof aan silicium is gebonden door een drievoudige covalente binding, met een positieve lading (+ ) in de Si en een negatieve lading (-) in de koolstof (+Si≡C-).
Eigenlijk zijn de links in deze compound totaal anders. Het werd ontdekt in 1824 door de Zweedse chemicus Jön Jacob Berzelius, terwijl het probeerde diamanten te synthetiseren. In 1893 ontdekte de Franse wetenschapper Henry Moissani een mineraal waarvan de samenstelling siliciumcarbide bevatte.
Deze ontdekking werd gedaan tijdens het onderzoeken van gesteentemonsters uit een meteorietkrater in Devil's Canyon, VS. UU. Hij noemde dit mineraal als moissanite. Aan de andere kant creëerde Edward Goodrich Acheson (1894) een methode om siliciumcarbide te synthetiseren, door zand of zeer zuiver kwarts te laten reageren met petroleumcokes.
Goodrich noemde carborundum (of carborundium) aan het verkregen product en richtte een bedrijf op om schuurmiddelen te produceren.
index
- 1 Chemische structuur
- 2 Eigenschappen
- 2.1 Algemene eigenschappen
- 2.2 Thermische eigenschappen
- 2.3 Mechanische eigenschappen
- 2.4 Elektrische eigenschappen
- 3 Gebruik
- 3.1 Als een schuurmiddel
- 3.2 In de vorm van gestructureerde keramiek
- 3.3 Andere toepassingen
- 4 Referenties
Chemische structuur
Het bovenste beeld illustreert de kubische en kristallijne structuur van siliciumcarbide. Deze opstelling is dezelfde als die van de diamant, ondanks de verschillen van de atomaire radii tussen de C en de Si.
Alle schakels zijn sterk covalent en directioneel, in tegenstelling tot de ionische vaste stoffen en hun elektrostatische interacties.
SiC vormt moleculaire tetraëders; dat wil zeggen, alle atomen zijn gekoppeld aan vier anderen. Deze tetraëders worden met elkaar verbonden door covalente bindingen, waarbij ze kristallijne structuren aannemen door lagen.
Ook hebben deze lagen hun eigen kristalarrangementen, die uit drie typen bestaan: A, B en C.
Dat wil zeggen dat een laag A anders is dan B en deze van C. Het kristal van het SiC bestaat dus uit het stapelen van een reeks lagen, waarbij het fenomeen bekend staat als politipisme.
Het kubieke polytype (vergelijkbaar met dat van diamant) bestaat bijvoorbeeld uit een stapel lagen ABC en heeft daarom een kristalstructuur 3C.
Andere stapels van deze lagen genereren ook andere structuren, van deze rhombohedral en hexagonale polytypen. In feite zijn de kristallijne structuren van SiC uiteindelijk een "kristallijne stoornis".
De eenvoudigste hexagonale structuur voor de SiC, de 2H (bovenste afbeelding), wordt gevormd als een resultaat van het stapelen van de lagen met de ABABA-reeks ... Na elke twee lagen wordt de reeks herhaald en dat is waar nummer 2 vandaan komt.
eigenschappen
Algemene eigenschappen
Molaire massa
40,11 g / mol
verschijning
Varieert met de methode van verkrijgen en de gebruikte materialen. Het kan zijn: geel, groen, zwartachtig blauw of iriserende kristallen.
dichtheid
3,16 g / cm3
Smeltpunt
2830 ºC.
Brekingsindex
2.55.
kristallen
Er is polymorfisme: αSiC hexagonale kristallen en βSiC kubieke kristallen.
hardheid
9 tot 10 op de schaal van Mohs.
Weerstand tegen chemische agentia
Het is bestand tegen de werking van sterke zuren en logen. Bovendien is siliciumcarbide chemisch inert.
Thermische eigenschappen
- Hoge thermische geleidbaarheid.
- Bestand tegen hoge temperaturen.
- Hoge thermische geleidbaarheid.
- Coëfficiënt van lineaire thermische uitzetting laag, die hoge temperaturen met lage uitzetting ondersteunt.
- Bestand tegen thermische schokken.
Mechanische eigenschappen
- Hoge druksterkte.
- Bestand tegen slijtage en corrosie.
- Het is een lichtgewicht materiaal met grote sterkte en weerstand.
- Behoudt zijn elastische weerstand bij hoge temperaturen.
eigenschappen macht
Het is een halfgeleider die zijn functies kan vervullen bij hoge temperaturen en extreme spanningen, met weinig dissipatie van zijn kracht naar het elektrische veld.
toepassingen
Als een schuurmiddel
- Siliciumcarbide is een halfgeleider die 8 keer meer bestand is tegen hoge temperaturen, hoge spanningen of elektrische veldgradiënten dan weerstaat. Dit is waarom het nuttig is bij de constructie van diodes, transducers, suppressors en hoogenergetische microgolfapparaten.
- Lichtemitterende diodes (LED's) en de detectoren van de eerste radio's (1907) worden met de compound vervaardigd. Momenteel is siliciumcarbide vervangen door de productie van LED-lampen door galliumnitride, dat een licht van 10 tot 100 keer helderder uitzendt..
- In elektrische systemen wordt siliciumcarbide gebruikt als bliksemafleider in elektrische energiesystemen, omdat ze hun weerstand kunnen regelen door de spanning door deze te regelen.
In de vorm van gestructureerd keramiek
- In een proces dat bekend staat als sinteren, worden de siliciumcarbidedeeltjes - evenals die van de metgezellen - verwarmd tot een temperatuur die lager is dan de smelttemperatuur van dit mengsel. Het verhoogt dus de sterkte en sterkte van het keramische voorwerp door sterke verbindingen tussen de deeltjes te vormen.
- De structurele keramiek van siliciumcarbide heeft een brede reeks toepassingen gehad. Ze worden gebruikt in schijfremmen en in de koppelingen van motorvoertuigen, in deeltjesfilters die aanwezig zijn in diesel en als additief in oliën om wrijving te verminderen.
- Het gebruik van structurele siliciumcarbide keramiek is wijdverspreid in de delen die zijn blootgesteld aan hoge temperaturen. Dit is bijvoorbeeld het geval van de keel van de raketinjectoren en de rollen van de ovens.
- De combinatie van hoge thermische geleidbaarheid, hardheid en hoge temperatuurstabiliteit maakt de componenten van warmtewisselaarbuizen met siliciumcarbide.
- Structurele keramiek wordt gebruikt in zandstraalinjectors, automotive afdichtingen van waterpompen, lagers en extrusiematrijzen. Het vormt ook het materiaal van kroezen, gebruikt in het metaalgieten.
- Het maakt deel uit van de verwarmingselementen die worden gebruikt bij het smelten van glas en non-ferro metalen, evenals bij de warmtebehandeling van metalen.
Andere toepassingen
- Het kan worden gebruikt in de meting van de gastemperatuur. In een techniek die bekend staat als pyrometrie wordt een siliciumcarbidegloeidraad verwarmd en straalt straling uit die overeenkomt met de temperatuur in een bereik van 800-2500 ºK.
- Het wordt gebruikt in kerncentrales om lekkage van materiaal geproduceerd door kernsplijting te voorkomen.
- Bij de productie van staal wordt het als brandstof gebruikt.
referenties
- Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Siliciumcarbide: de terugkeer van een oude vriend. Materiële aangelegenheden Deel 4 Artikel 2. Ontvangen op 5 mei 2018, van: sigmaaldrich.com
- John Faithfull (Februari 2010). Carborundum-kristallen. Opgehaald op 5 mei 2018, van: commons.wikimedia.org
- Charles & Colvard. Polytypisme en Moissanite. Opgehaald op 05 mei 2018, vanaf: moissaniteitalia.com
- Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [Afbeelding]. Opgehaald op 5 mei 2018, van: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Siliciumcarbide. Opgehaald op 5 mei 2018, vanaf: en.wikipedia.org
- Navarro SiC. (2018). Het siliciumcarbide. Opgehaald op 05 mei 2018, vanaf: navarrosic.com
- Universiteit van Barcelona. Siliciumcarbide, SiC. Opgehaald op 05 mei 2018, vanaf: ub.edu
- Carbosystem. (2018). Siliciumcarbide. Opgehaald op 05 mei 2018, vanaf: carbosystem.com