PIIKARBIDI: KEMIALLINEN RAKENNE, OMINAISUUDET JA KÄYTÖT - KEMIA - 2026

Piikarbidi on kiinteä kovalenttinen, joka koostuu hiilestä ja pii. Se on erittäin kova, arvolla 9,0-10 Mohsin asteikolla, ja sen kemiallinen kaava on piikarbidia, mikä voi viitata siihen, että hiili on sitoutunut piin kovalenttisen kolmoissidoksen avulla positiivisella varauksella (+) Si: llä ja negatiivisella varauksella (-) hiilellä (⁺ Si≡C ^-).

Itse asiassa tämän yhdisteen sidokset ovat täysin erilaisia. Ruotsalainen kemisti Jön Jacob Berzelius löysi sen vuonna 1824 yrittäessään syntetisoida timantteja. Vuonna 1893 ranskalainen tutkija Henry Moissani löysi mineraalin, jonka koostumus sisälsi piikarbidia.

Tämä löytö tehtiin tutkiessa kivinäytteitä meteoriitin kraatterista Devil's Canyonissa, USA: ssa. Hän nimitti tämän mineraalimoissaniitin. Toisaalta Edward Goodrich Acheson (1894) loi menetelmän piikarbidin syntetisoimiseksi, reagoidessaan erittäin puhtaan hiekan tai kvartsin öljykoksin kanssa.

Goodrich kutsui saatua tuotetta karborundumiksi (tai karborundiumiksi) ja perusti yrityksen hioma-aineiden tuotantoon.

Kemiallinen rakenne

Yläkuva kuvaa piikarbidin kuutiometriä ja kiteistä rakennetta. Tämä järjestely on sama kuin timantilla, huolimatta atomien säteiden eroista C: n ja Si: n välillä.

Kaikki sidokset ovat voimakkaasti kovalenttisia ja suunnattuja, toisin kuin ioniset kiinteät aineet ja niiden sähköstaattiset vuorovaikutukset.

SiC muodostaa molekyylin tetraedran; toisin sanoen kaikki atomit on kytketty neljään muuhun. Nämä tetraedriset yksiköt yhdistetään kovalenttisilla sidoksilla, omaksumalla kerrostettuja kiteisiä rakenteita.

Näillä kerroksilla on myös omat kidejärjestelyt, joita on kolmen tyyppisiä: A, B ja C.

Toisin sanoen kerros A on erilainen kuin kerros B ja jälkimmäinen kohdasta C. Näin ollen SiC-kide koostuu kerrosten sarjan pinoamisesta, ilmiö, joka tunnetaan nimellä polytypismi.

Esimerkiksi kuutiollinen polytyyppi (samanlainen kuin timantti) koostuu pinosta ABC-kerroksia, ja siksi sillä on 3C: n kiteinen rakenne.

Näiden kerrosten muut pinot muodostavat myös muita rakenteita näiden romoboediumin ja heksagonaalisten polytyyppien välillä. Itse asiassa SiC: n kiteiset rakenteet ovat "kiteinen häiriö".

SiC: n yksinkertaisin kuusikulmainen rakenne, 2H (ylempi kuva), muodostuu kerrosten pinoamisen seurauksena ABABA-sekvenssillä… Jokaisen kahden kerroksen jälkeen sekvenssi toistuu, ja sieltä numero 2 tulee.

ominaisuudet

Yleiset ominaisuudet

Moolimassa

40,11 g / mol

Ulkomuoto

Se vaihtelee valmistusmenetelmän ja käytettyjen materiaalien mukaan. Se voi olla: keltainen, vihreä, mustan sininen tai iirisevä kiteet.

Tiheys

3,16 g / cm3

Sulamispiste

2830 ° C.

Taitekerroin

2.55.

kiteet

Polymorfismeja on: αSiC-kuusikulmaisia ​​kiteitä ja βSiC-kuutiometriä.

Kovuus

9-10 Mohsin asteikolla.

Kemiallisten aineiden kestävyys

Se kestää voimakkaiden happojen ja emästen vaikutusta. Myös piikarbidi on kemiallisesti inertti .

Lämpöominaisuudet

- korkea lämmönjohtavuus.

- Kestää korkeita lämpötiloja.

- korkea lämmönjohtavuus.

- Matala lineaarinen lämpölaajenemiskerroin, joten se tukee korkeita lämpötiloja alhaisella laajentumisella.

- Kestää lämpöshokkeja.

Mekaaniset ominaisuudet

- Korkea puristuskestävyys.

- Kestää kulutusta ja korroosiota.

- Se on kevyt materiaali, jolla on suuri lujuus ja vastus.

- Säilyttää joustavuudensa korkeissa lämpötiloissa.

ominaisuudet

Se on puolijohde, joka pystyy suorittamaan toimintonsa korkeissa lämpötiloissa ja äärijännitteissä, vähentäen tehoaan vain vähän sähkökenttään.

Sovellukset

Hioma-aineena

- Piikarbidi on puolijohde, joka kykenee kestämään korkeita lämpötiloja, korkeajännite- tai sähkökenttägradienteja 8 kertaa enemmän kuin pii voi. Tästä syystä se on käyttökelpoinen diodien, siirtimien, vaimentimien ja korkeaenergisten mikroaaltolaitteiden rakentamisessa.

- Yhdisteellä valmistetaan ensimmäisten radioiden (1907) säteilevät diodit (LEDit) ja ilmaisimet. Tällä hetkellä piikarbidia on korvattu LED-lamppujen valmistuksessa galliumnitridillä, joka emittoi valoa, joka on 10–100 kertaa kirkkaampi.

- Sähköjärjestelmissä piikarbidia käytetään salamanpylväänä sähkövoimajärjestelmissä, koska ne voivat säätää sen vastusta säätelemällä sen kautta tapahtuvaa jännitettä.

Rakenteellisen keramiikan muodossa

- Sintrausprosessissa piikarbidihiukkaset - samoin kuin seuralaisten hiukkaset - kuumennetaan lämpötilaan, joka on alempi kuin tämän seoksen sulamislämpötila. Siten se lisää keraamisen esineen vastustusta ja lujuutta muodostamalla voimakkaita sidoksia hiukkasten väliin.

- Pikarbidirakennekeramiikalla on ollut laaja valikoima sovelluksia. Niitä käytetään levyjarruissa ja moottoriajoneuvojen kytkimissä, dieselhiukkassuodattimissa ja lisäaineena öljyissä kitkan vähentämiseksi.

- Piikarbidirakennekeramiikan käyttö on yleistynyt osissa, jotka ovat alttiina korkeille lämpötiloille. Tämä koskee esimerkiksi raketin injektorien kurkkua ja uunien teloja.

- Korkean lämmönjohtavuuden, kovuuden ja korkean lämpötilan vakauden yhdistelmä tekee piikarbidilla valmistetuista lämmönvaihtimien putkien komponenteista.

- Rakennekeramiikkaa käytetään hiekkapuhallusinjektoreissa, autojen vesipumppujen tiivisteissä, laakereissa ja suulakepuristimissa. Se on myös upokkaan materiaalia, jota käytetään metallisulatuksessa.

- Se on osa lämmityselementtejä, joita käytetään lasin ja ei-rautametallien sulatuksessa sekä metallien lämpökäsittelyssä.

Muut käyttötavat

- Sitä voidaan käyttää kaasujen lämpötilan mittaamiseen. Pyrometriaksi tunnetussa tekniikassa piikarbidiffilamentti kuumennetaan ja se emittoi säteilyä, joka korreloi lämpötilan kanssa alueella 800-2500ºK.

- Sitä käytetään ydinvoimaloissa halkeamisesta syntyvän materiaalin vuotamisen estämiseksi.

- Teräksen tuotannossa sitä käytetään polttoaineena.

Viitteet

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Piikarbidi: Vanhan ystävän paluu. Material Matters Volume 4 Article 2. Haettu 5. toukokuuta 2018, osoitteesta: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Helmikuu 2010). Carborundum-kiteet. Haettu 5. toukokuuta 2018, osoitteesta: commons.wikimedia.org
3. Charles ja Colvard. Polytyylisyys ja moissaniitti. Haettu 5. toukokuuta 2018, osoitteesta: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA.. Haettu 5. toukokuuta 2018, osoitteesta: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Piikarbidia. Haettu 5. toukokuuta 2018, osoitteesta: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Piikarbidia. Haettu 5. toukokuuta 2018, osoitteesta: navarrosic.com
7. Barcelonan yliopisto. Piikarbidi, SiC. Haettu 5. toukokuuta 2018, osoitteesta: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Piikarbidia. Haettu 5. toukokuuta 2018, osoitteesta: carbosystem.com