هيكل كربيد السيليكون الكيميائي ، خصائصه واستخداماته

ال كربيد السيليكون إنها مادة صلبة تساهمية تتكون من الكربون والسيليكون. إنه ذو صلابة كبيرة بقيمة من 9.0 إلى 10 على مقياس Mohs ، وصيغته الكيميائية هي SiC ، مما قد يوحي بأن الكربون مرتبط بالسيليكون بواسطة رابطة تساهمية ثلاثية ، مع شحنة موجبة (+ ) في Si وشحنة سالبة (-) في الكربون (⁺Si≡C^-).

في الواقع ، الروابط في هذا المركب مختلفة تمامًا. تم اكتشافه في عام 1824 بواسطة الكيميائي السويدي جون يعقوب بيرزيليوس ، بينما كان يحاول تجميع الماس. في عام 1893 ، اكتشف العالم الفرنسي هنري ميساني معدنًا يحتوي تكوينه على كربيد السيليكون.

تم هذا الاكتشاف أثناء فحص عينات الصخور من حفرة نيزك في Devil's Canyon ، الولايات المتحدة الأمريكية. UU. سماها هذا المعدن كما المويسانتي. من ناحية أخرى ، ابتكر إدوارد جودريتش أتشسون (1894) طريقة لتجميع كربيد السيليكون ، عن طريق تفاعل الرمال أو الكوارتز عالي النقاء مع فحم الكوك..

قام جودريتش بتسمية carborundum (أو carborundium) للمنتج الذي تم الحصول عليه وأسس شركة لإنتاج المواد الكاشطة.

مؤشر

• 1 التركيب الكيميائي
• 2 خصائص
  • 2.1 الخصائص العامة
  • 2.2 الخواص الحرارية
  • 2.3 الخواص الميكانيكية
  • 2.4 الخصائص الكهربائية
• 3 الاستخدامات
  • 3.1 كمادة كاشطة
  • 3.2 في شكل سيراميك منظم
  • 3.3 استخدامات أخرى
• 4 المراجع

التركيب الكيميائي

توضح الصورة العليا البنية المكعبة والبلورية لكربيد السيليكون. هذا الترتيب هو نفس ترتيب الماس ، على الرغم من الاختلافات في نصف القطر الذري بين C و Si.

جميع الروابط تساهمية بقوة واتجاهي ، على عكس المواد الصلبة الأيونية وتفاعلاتها الكهروستاتيكية.

كربيد تشكل رباعي الاسطح الجزيئي. أي أن جميع الذرات مرتبطة بأربع ذرات أخرى. يتم ربط هذه الوحدات رباعية السطوح ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية ، حيث تتبنى الهياكل البلورية بواسطة الطبقات.

أيضًا ، هذه الطبقات لها ترتيبات بلورية خاصة بها ، وهي من ثلاثة أنواع: A و B و C.

بمعنى أن الطبقة A تختلف عن B ، وهذه الطبقة إلى C. وبالتالي ، فإن بلورة SiC تتكون من تكديس سلسلة من الطبقات ، تحدث الظاهرة المعروفة باسم السياسة.

على سبيل المثال ، يتكون polytype المكعب (على غرار الماس) من مجموعة من الطبقات ABC ، ​​وبالتالي له بنية بلورية 3C.

مداخن أخرى من هذه الطبقات تولد أيضا هياكل أخرى ، من بين هذه الأشكال مجسمة الشكل والأنابيب سداسية. في الواقع ، فإن التركيبات البلورية لخلايا السبورة الحمرية ينتهي بها الأمر إلى أن تكون "اضطرابًا بلوريًا".

يتم تكوين أبسط هيكل سداسي ل SiC ، 2H (الصورة العليا) ، نتيجة لتكديس الطبقات مع تسلسل ABABA ... بعد كل طبقتين يتم تكرار التسلسل ، ومن هنا يأتي الرقم 2 من.

خصائص

الخصائص العامة

الكتلة المولية

40.11 جم / مول

مظهر

يختلف مع طريقة الحصول على المواد المستخدمة. يمكن أن يكون: بلورات الأصفر والأخضر والأزرق مسود أو قزحي الألوان.

كثافة

3.16 جم / سم 3

نقطة انصهار

2830 درجة مئوية.

معامل الانكسار

2.55.

بلورات

هناك تعدد الأشكال: بلورات سداسية αSiC وبلورات مكعب βSiC.

صلابة

9 إلى 10 على مقياس موس.

مقاومة العوامل الكيميائية

إنه مقاوم لعمل الأحماض والقلويات القوية. بالإضافة إلى ذلك ، كربيد السيليكون خامل كيميائيا.

الخواص الحرارية

- الموصلية الحرارية العالية.

- يقاوم درجات حرارة كبيرة.

- الموصلية الحرارية العالية.

- معامل التمدد الحراري الخطي المنخفض ، والذي يدعم درجات حرارة عالية مع تمدد منخفض.

- مقاومة للصدمة الحرارية.

الخواص الميكانيكية

- قوة ضاغطة عالية.

- مقاومة للتآكل والتآكل.

- إنها مادة خفيفة الوزن ذات قوة ومقاومة كبيرة.

- يحافظ على المقاومة المرنة في درجات الحرارة العالية.

خصائص قوة

إنه أشباه الموصلات التي يمكن أن تؤدي وظائفها في درجات الحرارة العالية والفولتية القصوى ، مع تبديد بسيط من قوتها إلى المجال الكهربائي.

تطبيقات

كمادة كاشطة

- كربيد السيليكون هو أشباه الموصلات القادرة على تحمل درجات حرارة عالية ، تدرجات عالية الجهد أو المجال الكهربائي 8 مرات أكثر من السيليكون يمكن أن تصمد أمام. هذا هو السبب في أنه مفيد في بناء الثنائيات ، محولات الطاقة ، المكثفات وأجهزة الميكروويف ذات الطاقة العالية.

- يتم تصنيع الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) وكاشفات أجهزة الراديو الأولى (1907) مع المجمع. حاليًا ، تم استبدال كربيد السيليكون في تصنيع مصابيح LED بواسطة نيتريد الغاليوم الذي ينبعث منه ضوء أكثر من 10 إلى 100 مرة.

- في الأنظمة الكهربائية ، يتم استخدام كربيد السيليكون كقضبان صاعقة في أنظمة الطاقة الكهربائية ، حيث يمكنهم تنظيم مقاومتهم من خلال تنظيم الجهد من خلال هذا.

في شكل سيراميك منظم

- في عملية تُعرف باسم التلبيد ، يتم تسخين جزيئات كربيد السيليكون - وكذلك جزيئات الصحابة - إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة انصهار هذا الخليط. وبالتالي ، فإنه يزيد من قوة وقوة الكائن السيراميك ، من خلال تشكيل روابط قوية بين الجزيئات.

- كان للسيراميك الهيكلي لكربيد السيليكون مجموعة واسعة من الاستخدامات. يتم استخدامها في أقراص الفرامل وفي براثن السيارات ، وفي مرشحات الجسيمات الموجودة في الديزل وكإضافة في الزيوت لتقليل الاحتكاك.

- أصبحت استخدامات السيراميك كربيد السيليكون الهيكلية على نطاق واسع في الأجزاء المعرضة لدرجات حرارة عالية. على سبيل المثال ، هذه هي حالة حلق محقن الصواريخ وبكرات الأفران.

- مزيج من الموصلية الحرارية العالية ، وصلابة والاستقرار في درجات الحرارة العالية يجعل مكونات أنابيب مبادل حراري مع كربيد السيليكون.

- يتم استخدام السيراميك الهيكلي في حاقن السفع بالرمل ، وأختام السيارات لمضخات المياه ، والمحامل وموت البثق. كما أنه يشكل مادة البوتقات المستخدمة في صب المعادن.

- إنها جزء من عناصر التسخين المستخدمة في ذوبان الزجاج والمعادن غير الحديدية ، وكذلك في المعالجة الحرارية للمعادن.

استخدامات أخرى

- يمكن استخدامه في قياس درجة حرارة الغاز. في تقنية تُعرف باسم البيروميت ، يتم تسخين خيوط كربيد السيليكون وتصدر إشعاعات مرتبطة بدرجة الحرارة في حدود 800-2500 كرونة..

- يتم استخدامه في المنشآت النووية لمنع تسرب المواد الناتجة عن الانشطار.

- في إنتاج الصلب يستخدم كوقود.

مراجع

1. نيكولاس ج. رايت ، ألتون ب. هورسفال. كربيد السيليكون: عودة صديق قديم. المسائل المادية المجلد 4 المادة 2. تم استرجاعه في 05 مايو 2018 ، من: sigmaaldrich.com
2. جون فيثفول (فبراير 2010). بلورات Carborundum. تم الاسترجاع في 5 مايو 2018 ، من: commons.wikimedia.org
3. تشارلز وكولارد. تعدد الحركات و المويسانيت. تم الاسترجاع في 5 مايو ، 2018 ، من: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [الشكل]. تم الاسترجاع في 5 مايو 2018 ، من: commons.wikimedia.org
5. ويكيبيديا. (2018). كربيد السيليكون. تم الاسترجاع في 5 مايو 2018 ، من: en.wikipedia.org
6. نافارو كربيد (2018). كربيد السيليكون. تم الاسترجاع في 5 مايو ، 2018 ، من: navarrosic.com
7. جامعة برشلونة. كربيد السيليكون ، كربيد تم الاسترجاع في 5 مايو ، 2018 ، من: ub.edu
8. Carbosystem. (2018). كربيد السيليكون. تم الاسترجاع في 5 مايو 2018 ، من: carbosystem.com