Struttura chimica, proprietà e usi del carburo di silicio

il carburo di silicio è un solido covalente formato da carbonio e silicio. E 'di grande valore di durezza da 9,0 a 10 sulla scala Mohs, e la sua formula chimica è SiC, che può portare a pensare che il carbonio è legato al silicio da un triplo legame covalente, con una carica positiva (+ ) nel Si e una carica negativa (-) nel carbonio (⁺Si≡C^-).

In realtà, i collegamenti in questo composto sono completamente diversi. Fu scoperto nel 1824 dal chimico svedese Jön Jacob Berzelius, mentre cercava di sintetizzare diamanti. Nel 1893 lo scienziato francese Henry Moissani scoprì un minerale la cui composizione conteneva carburo di silicio.

Questa scoperta è stata fatta durante l'esame di campioni di roccia da un cratere di meteoriti a Devil Canyon, negli Stati Uniti. UU. Ha chiamato questo minerale come moissanite. D'altra parte, Edward Goodrich Acheson (1894) creò un metodo per sintetizzare il carburo di silicio, facendo reagire sabbie o quarzi di elevata purezza con il coke di petrolio.

Goodrich ha nominato il carborundum (o carborundium) per il prodotto ottenuto e ha fondato un'azienda per la produzione di abrasivi.

indice

• 1 struttura chimica
• 2 proprietà
  • 2.1 Proprietà generali
  • 2.2 Proprietà termiche
  • 2.3 Proprietà meccaniche
  • 2.4 Proprietà elettriche
• 3 usi
  • 3.1 Come abrasivo
  • 3.2 Sotto forma di ceramiche strutturate
  • 3.3 Altri usi
• 4 riferimenti

Struttura chimica

L'immagine in alto illustra la struttura cubica e cristallina del carburo di silicio. Questa disposizione è la stessa di quella del diamante, nonostante le differenze dei raggi atomici tra la C e la Si.

Tutti i legami sono fortemente covalenti e direzionali, a differenza dei solidi ionici e delle loro interazioni elettrostatiche.

SiC forma tetraedri molecolari; cioè, tutti gli atomi sono collegati ad altri quattro. Queste unità tetraedriche sono unite tra loro da legami covalenti, adottando strutture cristalline a strati.

Inoltre, questi strati hanno i loro arrangiamenti di cristallo, che sono di tre tipi: A, B e C.

Cioè, uno strato A è diverso da B, e quest'ultimo a C. Pertanto cristallo SiC pila è costituito da una sequenza di strati, che si verificano fenomeno noto come politipismo.

Ad esempio, il politipo cubico (simile a quello del diamante) è costituito da una pila di strati ABC e, pertanto, ha una struttura cristallina 3C.

Altre pile di questi strati generano anche altre strutture, tra queste i politipi romboedrici ed esagonali. Infatti, le strutture cristalline di SiC finiscono per essere un "disturbo cristallino".

La struttura esagonale semplice per SiC, il 2H (sopra), è formata come un risultato della sovrapposizione strati con sequenza ABABA ... Dopo ogni due strati si ripete la sequenza, e non v'è dove il numero 2 si pone .

proprietà

Proprietà generali

Massa molare

40,11 g / mol

aspetto

Varia con il metodo di ottenimento e i materiali utilizzati. Può essere: giallo, verde, blu nerastro o cristalli iridescenti.

densità

3,16 g / cm3

Punto di fusione

2830 ºC.

Indice di rifrazione

2,55.

cristalli

Esiste il polimorfismo: cristalli esagonali αSiC e cristalli cubici βSiC.

durezza

Da 9 a 10 sulla scala di Mohs.

Resistenza agli agenti chimici

Resiste all'azione di acidi e alcali forti. Inoltre, il carburo di silicio è chimicamente inerte.

Proprietà termiche

- Alta conducibilità termica.

- Supporta grandi temperature.

- Alta conducibilità termica.

- Coefficiente di espansione termica lineare bassa, quindi supporta alte temperature con bassa espansione.

- Resistente agli shock termici.

Proprietà meccaniche

- Elevata resistenza alla compressione.

- Resistente all'abrasione e alla corrosione.

- È un materiale leggero di grande resistenza e resistenza.

- Mantiene la sua resistenza elastica alle alte temperature.

proprietà potere

È un semiconduttore in grado di svolgere le sue funzioni a temperature elevate e tensioni estreme, con poca dissipazione della sua potenza al campo elettrico.

applicazioni

Come abrasivo

- Il carburo di silicio è un semiconduttore in grado di sopportare alte temperature, alte tensioni o gradienti di campo elettrico 8 volte superiori a quelli resistenti al silicio. Questo è il motivo per cui è utile nella costruzione di diodi, transitori, soppressori e dispositivi a microonde ad alta energia.

- Con il composto vengono prodotti i diodi ad emissione luminosa (LED) e i rivelatori delle prime radio (1907). Attualmente, il carburo di silicio è stato sostituito nella fabbricazione di lampadine a LED con nitruro di gallio che emette una luce da 10 a 100 volte più luminosa.

- Nei sistemi elettrici, il carburo di silicio viene utilizzato come parafulmine nei sistemi di energia elettrica, poiché possono regolare la loro resistenza regolando la tensione attraverso di esso.

Sotto forma di ceramiche strutturate

- In un processo noto come sinterizzazione, le particelle di carburo di silicio - così come quelle dei compagni - vengono riscaldate ad una temperatura inferiore alla temperatura di fusione di questa miscela. Così, la forza e la forza dell'oggetto ceramico aumenta, attraverso la formazione di forti legami tra le particelle.

- Le ceramiche strutturali del carburo di silicio hanno avuto una vasta gamma di usi. Sono utilizzati nei freni a disco e nelle frizioni dei veicoli a motore, nei filtri antiparticolato presenti nel diesel e come additivo negli oli per ridurre l'attrito.

- Gli usi delle ceramiche strutturali al carburo di silicio si sono diffusi nelle parti esposte alle alte temperature. Ad esempio, questo è il caso della gola degli iniettori di razzi e dei rulli dei forni.

- La combinazione di alta conduttività termica, durezza e stabilità alle alte temperature rende i componenti dei tubi degli scambiatori di calore con carburo di silicio.

- Le ceramiche strutturali sono utilizzate negli iniettori di sabbiatura, nelle guarnizioni automobilistiche di pompe per acqua, cuscinetti e stampi di estrusione. Costituisce anche il materiale dei crogioli, usato nella fusione dei metalli.

- Fa parte degli elementi riscaldanti utilizzati nella fusione di vetro e metalli non ferrosi, nonché nel trattamento termico dei metalli.

Altri usi

- Può essere utilizzato nella misurazione della temperatura del gas. In una tecnica nota come pirometria, un filamento di carburo di silicio viene riscaldato ed emette radiazioni che sono in correlazione con la temperatura in un intervallo di 800-2500 ° K.

- Viene utilizzato nelle centrali nucleari per prevenire la perdita di materiale prodotto dalla fissione.

- Nella produzione di acciaio è usato come combustibile.

riferimenti

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Carburo di silicio: il ritorno di un vecchio amico. Material Matters Volume 4 Article 2. Richiamato il 5 maggio 2018 da: sigmaaldrich.com
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3. Charles e Colvard. Polifisticismo e moissanite. Estratto il 05 maggio 2018 da: moissaniteitalia.com
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6. Navarro SiC. (2018). Il carburo di silicio. Estratto il 05 maggio 2018 da: navarrosic.com
7. Università di Barcellona. Carburo di silicio, SiC. Estratto il 05 maggio 2018 da: ub.edu
8. Carbosystem. (2018). Carburo di silicio. Estratto il 05 maggio 2018 da: carbosystem.com