โครงสร้างทางเคมีคุณสมบัติและการใช้งานของซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิกอนคาร์ไบด์ มันเป็นของแข็งโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นจากคาร์บอนและซิลิคอน มันมีความแข็งอย่างยิ่งใหญ่ที่มีค่า 9.0 ถึง 10 ในระดับ Mohs และสูตรทางเคมีของมันคือ SiC ซึ่งอาจแนะนำว่าคาร์บอนถูกยึดติดกับซิลิคอนโดยพันธะโควาเลนต์สามตัวที่มีประจุบวก (+ ) ใน Si และประจุลบ (-) ในคาร์บอน (⁺Si≡C^-).

ที่จริงแล้วลิงค์ในสารประกอบนี้แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง มันถูกค้นพบในปี 1824 โดยนักเคมีชาวสวีเดนJön Jacob Berzelius ในขณะที่พยายามสังเคราะห์เพชร ในปี 1893 Henry Moissani นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสค้นพบแร่ธาตุที่มีส่วนประกอบของซิลิคอนคาร์ไบด์.

การค้นพบนี้เกิดขึ้นในขณะที่ตรวจสอบตัวอย่างหินจากหลุมอุกกาบาตใน Devil's Canyon, USA UU เขาตั้งชื่อแร่นี้ว่าเป็น moissanite ในทางตรงกันข้าม Edward Goodrich Acheson (1894) ได้สร้างวิธีการสังเคราะห์ซิลิคอนคาร์ไบด์โดยทำปฏิกิริยากับทรายหรือควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงพร้อมโค้กปิโตรเลียม.

Goodrich ชื่อ carborundum (หรือ carborundium) กับผลิตภัณฑ์ที่ได้รับและก่อตั้ง บริษัท เพื่อผลิตสารกัดกร่อน.

ดัชนี

• 1 โครงสร้างทางเคมี
• 2 คุณสมบัติ
  • 2.1 คุณสมบัติทั่วไป
  • 2.2 คุณสมบัติทางความร้อน
  • 2.3 คุณสมบัติทางกล
  • 2.4 คุณสมบัติทางไฟฟ้า
• 3 ใช้
  • 3.1 เป็นสารกัดกร่อน
  • 3.2 ในรูปของเซรามิกที่มีโครงสร้าง
  • 3.3 การใช้งานอื่น ๆ
• 4 อ้างอิง

โครงสร้างทางเคมี

ภาพด้านบนแสดงโครงสร้างลูกบาศก์และผลึกของซิลิกอนคาร์ไบด์ การจัดเรียงนี้เหมือนกับของเพชรแม้จะมีความแตกต่างของรัศมีอะตอมระหว่าง C และ Si.

การเชื่อมโยงทั้งหมดนั้นมีความแปรปรวนอย่างรุนแรงและเป็นทิศทางซึ่งแตกต่างจากของแข็งไอออนิกและปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิต.

SiC สร้างโมเลกุลเตตระดีรา นั่นคืออะตอมทั้งหมดเชื่อมโยงกับอีกสี่อะตอม หน่วยจัตุรมุขเหล่านี้ถูกรวมเข้าด้วยกันด้วยพันธะโควาเลนต์โดยใช้โครงสร้างผลึกเป็นชั้น.

นอกจากนี้เลเยอร์เหล่านี้ยังมีการจัดเรียงคริสตัลของตัวเองซึ่งมีสามประเภท: A, B และ C.

กล่าวได้ว่าเลเยอร์ A นั้นแตกต่างจาก B และอันนี้เป็นซีดังนั้นคริสตัลของ SiC ประกอบด้วยการเรียงซ้อนของลำดับของเลเยอร์เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า politipism.

ยกตัวอย่างเช่นลูกบาศก์ polytype (คล้ายกับเพชร) ประกอบด้วยสแต็กของชั้น ABC และดังนั้นจึงมีโครงสร้างผลึก 3C.

ชั้นอื่น ๆ ของชั้นเหล่านี้ยังสร้างโครงสร้างอื่น ๆ ในหมู่ rhombohedral เหล่านี้และ polytypes หกเหลี่ยม ในความเป็นจริงโครงสร้างผลึกของ SiC กลายเป็น "ความผิดปกติของผลึก".

โครงสร้างหกเหลี่ยมที่ง่ายที่สุดสำหรับ SiC คือ 2H (ภาพบน) เกิดขึ้นจากการซ้อนของเลเยอร์ด้วยลำดับ ABABA ... หลังจากแต่ละเลเยอร์สองครั้งลำดับจะถูกทำซ้ำและนั่นคือจุดที่ 2 มาจาก.

สรรพคุณ

คุณสมบัติทั่วไป

มวลกราม

40.11 g / mol

การปรากฏ

แตกต่างกันไปตามวิธีการได้รับและวัสดุที่ใช้ มันอาจจะเป็น: สีเหลือง, สีเขียว, ผลึกสีฟ้าสีดำหรือสีรุ้ง.

ความหนาแน่น

3.16 g / cm3

จุดหลอมเหลว

2830 .C.

ดัชนีหักเห

2.55.

รัตนากร

มีความหลากหลายคือคริสตัลαSiCหกเหลี่ยมและ cubicSiC ลูกบาศก์คริสตัล.

ความแข็ง

9 ถึง 10 ในระดับ Mohs.

ทนต่อสารเคมี

มันทนต่อการกระทำของกรดและด่างที่รุนแรง นอกจากนี้ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นสารเฉื่อยทางเคมี.

คุณสมบัติทางความร้อน

- การนำความร้อนสูง.

- ทนทานต่ออุณหภูมิที่ดี.

- การนำความร้อนสูง.

- สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นความร้อนต่ำซึ่งรองรับอุณหภูมิสูงด้วยการขยายตัวต่ำ.

- ทนต่อความร้อน.

สมบัติเชิงกล

- กำลังรับแรงอัดสูง.

- ทนต่อการขีดข่วนและการกัดกร่อน.

- มันเป็นวัสดุน้ำหนักเบาที่มีความแข็งแรงและความต้านทานสูง.

- รักษาความต้านทานที่ยืดหยุ่นที่อุณหภูมิสูง.

สรรพคุณ อำนาจ

มันเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถตอบสนองการทำงานที่อุณหภูมิสูงและแรงดันไฟฟ้าสูงโดยมีการกระจายพลังงานไปยังสนามไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย.

การใช้งาน

เป็นสารกัดกร่อน

- ซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นสารกึ่งตัวนำที่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงแรงดันไฟฟ้าสูงหรือการไล่ระดับสนามไฟฟ้าได้มากกว่าซิลิคอนถึง 8 เท่า นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงมีประโยชน์ในการสร้างไดโอดทรานสดิวเซอร์เครื่องยับยั้งและอุปกรณ์ไมโครเวฟพลังงานสูง.

- ไดโอดเปล่งแสง (LED) และเครื่องตรวจจับวิทยุตัวแรก (1907) ผลิตขึ้นด้วยสารประกอบ ปัจจุบันซิลิกอนคาร์ไบด์ได้ถูกแทนที่ในการผลิตหลอดไฟ LED โดย Gallium nitride ที่เปล่งแสงจาก 10 ถึง 100 เท่าของความสว่าง.

- ในระบบไฟฟ้าซิลิกอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นสายล่อฟ้าในระบบพลังงานไฟฟ้าเนื่องจากสามารถควบคุมความต้านทานได้โดยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าผ่านสิ่งนี้.

ในรูปแบบของเซรามิกที่มีโครงสร้าง

- ในกระบวนการที่เรียกว่าซินติ้งอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์รวมถึงของสหายจะถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมเหลวของส่วนผสมนี้ ดังนั้นมันจึงเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งแรงของวัตถุเซรามิกโดยสร้างพันธะที่แข็งแรงระหว่างอนุภาค.

- เซรามิกโครงสร้างของซิลิกอนคาร์ไบด์มีการใช้งานที่หลากหลาย พวกเขาใช้ในดิสก์เบรกและคลัตช์รถยนต์ยานยนต์ในตัวกรองอนุภาคที่มีอยู่ในดีเซลและเป็นสารเติมแต่งในน้ำมันเพื่อลดแรงเสียดทาน.

- การใช้งานของเซรามิกคาร์ไบด์โครงสร้างเซรามิกได้กลายเป็นที่แพร่หลายในชิ้นส่วนที่สัมผัสกับอุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่นนี้เป็นกรณีของคอของหัวฉีดจรวดและลูกกลิ้งของเตาเผา.

- การรวมกันของการนำความร้อนสูงความแข็งและความมั่นคงที่อุณหภูมิสูงทำให้ส่วนประกอบของท่อแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์.

- เซรามิกโครงสร้างใช้ในหัวฉีดพ่นทราย, ซีลยานยนต์ของปั๊มน้ำ, แบริ่งและแม่พิมพ์อัดรีด มันยังประกอบด้วยวัสดุของถ้วยชามที่ใช้ในการหล่อโลหะ.

- มันเป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบความร้อนที่ใช้ในการหลอมแก้วและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กเช่นเดียวกับในการรักษาความร้อนของโลหะ.

การใช้งานอื่น ๆ

- มันสามารถใช้ในการวัดอุณหภูมิของก๊าซ ในเทคนิคที่รู้จักกันในชื่อ pyrometry นั้นซิลิคอนคาร์ไบด์จะถูกทำให้ร้อนและปล่อยรังสีที่สัมพันธ์กับอุณหภูมิในช่วง 800-2500 ºK.

- มันถูกใช้ในโรงงานนิวเคลียร์เพื่อป้องกันการรั่วไหลของวัสดุที่เกิดจากฟิชชัน.

- ในการผลิตเหล็กจะใช้เป็นเชื้อเพลิง.

การอ้างอิง

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall ซิลิคอนคาร์ไบด์: การกลับมาของเพื่อนเก่า วัสดุสำคัญเล่ม 4 บทความ 2 สืบค้นเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2018 จาก: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull (กุมภาพันธ์ 2010) ผลึกคาร์บอรันดัม สืบค้นเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard Polytypism และ Moissanite สืบค้นเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2018 จาก: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist (2014) SiC2HstructureA [รูป] สืบค้นเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org
5. วิกิพีเดีย (2018) ซิลิกอนคาร์ไบด์ สืบค้นเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2018 จาก: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC (2018) ซิลิกอนคาร์ไบด์ สืบค้นเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2018 จาก: navarrosic.com
7. มหาวิทยาลัยบาร์เซโลนา ซิลิกอนคาร์ไบด์ SiC สืบค้นเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2018 จาก: ub.edu
8. Carbosystem (2018) ซิลิกอนคาร์ไบด์ สืบค้นเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2018 จาก: carbosystem.com