SILICIJ-KARBID: KEMIJSKA STRUKTURA, SVOJSTVA I UPOTREBE - KEMIJA - 2026

Silicij karbida je kovalentna krutina se sastoji od atoma ugljika i silicija. Velike je tvrdoće s vrijednošću od 9,0 do 10 na Mohsovoj ljestvici, a njegova kemijska formula je SiC, što može sugerirati da se ugljik veže na silicij kovalentnom trostrukom vezom, s pozitivnim nabojem (+) na Si i negativan naboj (-) na ugljiku (⁺ Si≡C ^-).

Zapravo, veze u ovom spoju su potpuno različite. Otkrio ga je 1824. godine švedski kemičar Jön Jacob Berzelius, pokušavajući sintetizirati dijamante. Francuski znanstvenik Henry Moissani otkrio je 1893. mineral čiji sastav sadrži silicijev karbid.

Ovo otkriće je napravljeno prilikom ispitivanja uzoraka stijena iz kratera meteorita u Đavoljevom kanjonu, SAD. S druge strane, Edward Goodrich Acheson (1894) stvorio je metodu za sintetizaciju silicij-karbida, reagirajući pijesak ili kvarc visoke čistoće s naftnim koksom.

Goodrich je proizvod nazvao karborundum (ili karborundium) i osnovao tvrtku za proizvodnju abraziva.

Kemijska struktura

Gornja slika prikazuje kubnu i kristalnu strukturu silicij-karbida. Ovaj je raspored isti kao kod dijamanta, unatoč razlikama u atomskim polumjerima između C i Si.

Sve su veze snažno kovalentne i usmjerene, za razliku od ionske čvrste tvari i njihovih elektrostatičkih interakcija.

SiC tvori molekularne tetraedre; to jest da su svi atomi povezani s četiri druga. Te tetraedarske jedinice spojene su kovalentnim vezama, prihvaćajući slojevite kristalne strukture.

Također, ovi slojevi imaju vlastite kristalne aranžmane, koji su tri vrste: A, B i C.

Odnosno, sloj A se razlikuje od sloja B, a potonji od C. Dakle, SiC kristal sastoji se od snopavanja niza slojeva, pojava poznata kao pojava politipizma.

Na primjer, kubični politip (sličan onome dijamanta) sastoji se od snopa ABC slojeva i stoga ima kristalnu strukturu 3C.

Ostali slojevi ovih slojeva također stvaraju druge strukture, između tih romboedskih i šesterokutnih politipova. U stvari, kristalne strukture SiC-a na kraju predstavljaju "kristalni poremećaj".

Najjednostavnija šesterokutna struktura za SiC, 2H (gornja slika), nastaje kao rezultat slaganja slojeva s ABABA sekvencom… Nakon svaka dva sloja niz se ponavlja, i odatle dolazi broj 2,

Svojstva

Opća svojstva

Molekulska masa

40,11 g / mol

Izgled

Ono varira od metode dobivanja i korištenih materijala. To mogu biti: žuti, zeleni, crnkasto plavi ili iridescentni kristali.

Gustoća

3,16 g / cm3

Talište

2830 ° C.

Indeks loma

2.55.

kristali

Postoje polimorfizmi: αSiC šesterokutni kristali i βSiC kubni kristali.

Tvrdoća

9 do 10 na Mohsovoj skali.

Otpornost na kemijska sredstva

Otporan je na djelovanje jakih kiselina i alkalija. Također, silicij-karbid je kemijski inertan .

Toplinska svojstva

- Visoka toplinska vodljivost.

- Podnosi visoke temperature.

- Visoka toplinska vodljivost.

- Nizak koeficijent linearne toplinske ekspanzije, pa podržava visoke temperature s malim širenjem.

- Otporan je na toplotni udar.

Mehanička svojstva

- Visoka otpornost na kompresiju.

- Otporan je na abraziju i koroziju.

- To je lagan materijal velike snage i otpornosti.

- Održava svoju elastičnu otpornost na visokim temperaturama.

Svojstva

To je poluvodič koji može ispuniti svoje funkcije pri visokim temperaturama i ekstremnim naponima, uz malo rasipanja svoje snage na električno polje.

Prijave

Kao abraziv

- Silicijum karbid je poluvodič koji može izdržati visoke temperature, gradijente visokog napona ili električnog polja 8 puta više nego što silicij može. Iz tog razloga je korisno u izgradnji dioda, tranzitora, supresori i visokoenergetskih mikrovalnih uređaja.

- Sa spojem se proizvode svjetlosne diode (LED) i detektori prvih radija (1907). Trenutno je silicij-karbid zamijenjen u proizvodnji LED žarulja galij-nitridom koji emitira svjetlost koja je 10 do 100 puta svjetlija.

- U električnim se sustavima silicijev karbid koristi kao gromobrana u elektroenergetskim sustavima, jer oni mogu regulirati njegov otpor reguliranjem napona na njemu.

U obliku strukturirane keramike

- U procesu poznatom kao sinterovanje, čestice silicijevog karbida - kao i one drugova - zagrijavaju se na temperaturu nižu od temperature taljenja ove smjese. Tako se povećava otpornost i čvrstoća keramičkog predmeta formiranjem jakih veza između čestica.

- Strukturna keramika silicijevog karbida imala je široku primjenu. Koriste se u kočnicama diskova i kvačila za motorna vozila, u filterima za čestice dizelskih čestica i kao dodatak u uljima za smanjenje trenja.

- Upotreba strukturne keramike silicij-karbid postala je široko rasprostranjena u dijelovima koji su izloženi visokim temperaturama. Na primjer, to je slučaj s grlom raketnih mlaznica i valjcima peći.

- Kombinacija visoke toplinske vodljivosti, tvrdoće i visoke temperaturne stabilnosti čine komponente cijevi izmjenjivača topline proizvedene od silicij-karbida.

- Konstrukcijska keramika koristi se u mlaznicama za pjeskarenje, automobilskim brtvama za vodene pumpe, ležajevima i ekstruzijskim matricama. To je ujedno i materijal za lončiće, koji se koristi u topljenju metala.

- Dio je grijaćih elemenata koji se koriste u topljenju stakla i obojenih metala, kao i pri toplinskoj obradi metala.

Ostale uporabe

- Može se koristiti u mjerenju temperature plinova. U tehnici poznatoj kao pirometrija, vlakna silicij-karbida se zagrijavaju i emitiraju zračenje koje je u korelaciji s temperaturom u rasponu od 800-2500ºK.

- Koristi se u nuklearnim postrojenjima za sprečavanje istjecanja materijala nastalog cijepanjem.

- U proizvodnji čelika koristi se kao gorivo.

Reference

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicij-karbid: povratak starog prijatelja. Materijalne materije Volumen 4. Članak 2. Preuzeto 5. svibnja 2018. s: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Veljača 2010). Kristali karborunduma. Preuzeto 5. svibnja 2018. s: commons.wikimedia.org
3. Charles i Colvard. Politipizam i moissanit. Preuzeto 5. svibnja 2018. s: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA., Preuzeto 5. svibnja 2018. s: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018.). Silicijev karbid. Preuzeto 5. svibnja 2018. s: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018.). Silicijev karbid. Preuzeto 5. svibnja 2018. s: navarrosic.com
7. Sveučilište u Barceloni. Silicij-karbid, SiC. Preuzeto 5. svibnja 2018. s: ub.edu
8. CarboSystem. (2018.). Silicijum-karbid. Preuzeto 5. svibnja 2018. s: carbosystem.com