Siliziumkarbid chemische Struktur, Eigenschaften und Verwendungen

Die Siliciumcarbid es ist ein kovalenter Feststoff, der von Kohlenstoff und Silizium gebildet wird. Es ist von großer Härte mit einem Wert von 9,0 bis 10 auf der Mohs-Skala, und seine chemische Formel ist SiC, was vermuten lässt, dass der Kohlenstoff durch eine dreifache kovalente Bindung an Silicium gebunden ist, mit einer positiven Ladung (+ ) im Si und eine negative Ladung (-) im Kohlenstoff (⁺Si≡C^-).

Tatsächlich sind die Verbindungen in dieser Verbindung völlig unterschiedlich. Es wurde 1824 von dem schwedischen Chemiker Jön Jacob Berzelius entdeckt, als er versuchte, Diamanten zu synthetisieren. Im Jahr 1893 entdeckte der französische Wissenschaftler Henry Moissani ein Mineral, dessen Zusammensetzung Siliciumcarbid enthielt.

Diese Entdeckung wurde bei der Untersuchung von Gesteinsproben aus einem Meteoritenkrater in Devil Canyon, USA, gemacht. UU Er nannte dieses Mineral Moissanite. Auf der anderen Seite schuf Edward Goodrich Acheson (1894) eine Methode zur Synthese von Siliciumcarbid durch Reaktion von Sand oder hochreinem Quarz mit Petrolkoks.

Goodrich nannte Carborundum (oder Carborundium) zu dem erhaltenen Produkt und gründete eine Firma zur Herstellung von Schleifmitteln.

Index

• 1 Chemische Struktur
• 2 Eigenschaften
  • 2.1 Allgemeine Eigenschaften
  • 2.2 Thermische Eigenschaften
  • 2.3 Mechanische Eigenschaften
  • 2.4 Elektrische Eigenschaften
• 3 Verwendet
  • 3.1 Als Schleifmittel
  • 3.2 In Form von strukturierter Keramik
  • 3.3 Andere Verwendungen
• 4 Referenzen

Chemische Struktur

Das obere Bild zeigt die kubische und kristalline Struktur von Siliciumcarbid. Diese Anordnung ist die gleiche wie die des Diamanten, trotz der Unterschiede der Atomradien zwischen C und Si.

Alle Bindungen sind stark kovalent und gerichtet, im Gegensatz zu den ionischen Festkörpern und ihren elektrostatischen Wechselwirkungen.

SiC bildet molekulare Tetraeder; Das heißt, alle Atome sind mit vier anderen verbunden. Diese tetraedrischen Einheiten sind durch kovalente Bindungen miteinander verbunden und nehmen kristalline Strukturen in Schichten an.

Auch diese Schichten haben ihre eigenen Kristallanordnungen, die von drei Arten sind: A, B und C.

Das heißt, eine Schicht A unterscheidet sich von B, und die letztere ist bei C. Der SiC-Kristall besteht also aus der Stapelung einer Folge von Schichten, wobei das als Politipismus bekannte Phänomen auftritt.

Zum Beispiel besteht der kubische Polytyp (ähnlich dem von Diamant) aus einem Stapel von Schichten ABC und hat daher eine Kristallstruktur 3C.

Andere Stapel dieser Schichten erzeugen auch andere Strukturen, unter diesen rhomboedrischen und hexagonalen Polytypen. Tatsächlich sind die kristallinen Strukturen von SiC eine "kristalline Störung".

Die einfachste hexagonale Struktur für das SiC, das 2H (oberes Bild), entsteht durch das Stapeln der Schichten mit der ABABA-Sequenz ... Nach jeweils zwei Schichten wiederholt sich die Sequenz, und hier kommt die Zahl 2 her .

Eigenschaften

Allgemeine Eigenschaften

Molare Masse

40,11 g / mol

Aussehen

Variiert mit der Methode der Beschaffung und den verwendeten Materialien. Es kann sein: gelb, grün, schwarzblau oder irisierende Kristalle.

Dichte

3,16 g / cm³

Schmelzpunkt

2830 ºC.

Brechungsindex

2,55.

Kristalle

Es gibt Polymorphie: αSiC hexagonale Kristalle und βSiC kubische Kristalle.

Härte

9 bis 10 auf der Mohs-Skala.

Beständigkeit gegen chemische Mittel

Es ist resistent gegen die Einwirkung von Säuren und starken Alkalien. Außerdem ist Siliciumcarbid chemisch inert.

Thermische Eigenschaften

- Hohe Wärmeleitfähigkeit.

- Es unterstützt große Temperaturen.

- Hohe Wärmeleitfähigkeit.

- Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient niedrig, so dass hohe Temperaturen bei geringer Ausdehnung unterstützt werden.

- Beständig gegen thermischen Schock.

Mechanische Eigenschaften

- Hohe Beständigkeit gegen Kompression.

- Beständig gegen Abrieb und Korrosion.

- Es ist ein leichtes Material von großer Stärke und Beständigkeit.

- Behält seine elastische Beständigkeit bei hohen Temperaturen bei.

Eigenschaften elektrisch

Es ist ein Halbleiter, der seine Funktionen bei hohen Temperaturen und extremen Spannungen erfüllen kann, mit geringer Verlustleistung an das elektrische Feld.

Verwendet

Als ein Schleifmittel

- Siliziumkarbid ist ein Halbleiter, der in der Lage ist, hohen Temperaturen, hohen Spannungen oder elektrischen Feldgradienten 8 mal mehr standzuhalten, als Silizium aushalten kann. Aus diesem Grund ist es nützlich beim Aufbau von Dioden, Transienten, Suppressoren und Hochenergie-Mikrowellengeräten.

- Mit der Verbindung werden Leuchtdioden (LEDs) und die Detektoren der ersten Funkgeräte (1907) hergestellt. Gegenwärtig wird Siliciumcarbid bei der Herstellung von LED-Lampen durch Galliumnitrid ersetzt, das ein 10 bis 100 mal helleres Licht emittiert.

- In elektrischen Systemen wird Siliziumkarbid als Blitzableiter in elektrischen Energiesystemen verwendet, da sie ihren Widerstand regulieren können, indem sie die Spannung regeln.

In Form von strukturierter Keramik

- Bei einem als Sintern bekannten Verfahren werden die Siliciumcarbidteilchen - ebenso wie die der Begleitstoffe - auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur dieser Mischung erhitzt. Somit erhöht sich die Festigkeit und Festigkeit des keramischen Gegenstandes durch die Bildung von starken Bindungen zwischen den Teilchen.

- Die Strukturkeramiken von Siliciumcarbid haben eine breite Anwendung gefunden. Sie werden in Scheibenbremsen und in Kupplungen von Kraftfahrzeugen, in Partikelfiltern, die in Dieselkraftstoff vorhanden sind, und als ein Additiv in Ölen zur Verringerung der Reibung verwendet.

- Die Verwendung von Siliciumcarbid-Strukturkeramiken hat sich in den Teilen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, verbreitet. Dies ist beispielsweise der Fall bei den Raketeninjektoren und den Walzen der Öfen.

- Die Kombination aus hoher Wärmeleitfähigkeit, Härte und Stabilität bei hohen Temperaturen macht die Komponenten der Wärmetauscherrohre mit Siliziumkarbid.

- Strukturkeramiken werden in Sandstrahlinjektoren, Dichtungen von Wasserpumpen, Lagern und Extrusionsdüsen verwendet. Es stellt auch das Material der Tiegel dar, die beim Schmelzen von Metallen verwendet werden.

- Es ist Teil der Heizelemente, die beim Schmelzen von Glas und Nichteisenmetallen sowie bei der Wärmebehandlung von Metallen verwendet werden.

Andere Anwendungen

- Kann bei der Messung der Gastemperatur verwendet werden. Bei einer Technik, die als Pyrometrie bekannt ist, wird ein Siliciumcarbid-Filament erhitzt und emittiert Strahlung, die mit der Temperatur in einem Bereich von 800 bis 2500 K korreliert.

- Es wird in kerntechnischen Anlagen eingesetzt, um das Austreten von Spaltmaterial zu verhindern.

- Bei der Herstellung von Stahl wird es als Brennstoff verwendet.

Referenzen

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