Structure chimique en carbure de silicium, propriétés et utilisations

Cristaux en carbure de silicium

Qu'est-ce que le carbure de silicium?

Il Carbure de silicium C'est un solide covalent formé par le carbone et le silicium. Il est d'une grande dureté avec une valeur de 9,0 à 10 sur l'échelle MOHS, et sa formule chimique est sic, qui peut penser que le carbone est attaché au silicium par une liaison covalente triple, avec une charge positive (+) dans le Si SI et une charge négative (-) en carbone (⁺Si≡c^-).

En fait, les liens dans ce composé sont totalement différents. Il a été découvert en 1824 par le chimiste suédois Jön Jacob Berzelius, tout en essayant de synthétiser les diamants. En 1893, le scientifique français Henry Moissani a découvert un minéral dont la composition contenait du carbure de silicium.

Cette découverte l'a fait tout en examinant des échantillons de roche du cratère d'une météorite dans le canyon Diablo, EE. Uu. Il a appelé ce minéral en tant que Moissanita. D'un autre côté, Edward Goodrich Acheson (1894) a créé une méthode pour synthétiser le carbure de silicium, réagir des sables ou un quartz de haute pureté avec du coke d'huile.

Goodrich a appelé le carborundum (ou carborundium) au produit obtenu et a fondé une entreprise pour produire des abrasifs.

Structure chimique

L'image supérieure illustre la structure cubique et cristalline du carbure de silicium. Cet arrangement est le même que celui du diamant, malgré les différences des radios atomiques entre C et le SI.

Tous les liens sont fortement covalents et directionnels, contrairement aux solides ioniques et à leurs interactions électrostatiques.

La forme de tétraèdre moléculaire SIC; c'est-à-dire que tous les atomes sont liés à quatre autres. Ces unités tétraédriques se lient les unes aux autres par des liaisons covalentes, adoptant des structures cristallines par les couches.

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De plus, ces couches ont leurs propres arrangements cristallins, qui sont de trois types: A, B et C.

C'est-à-dire qu'une couche A est différente du B, et ce dernier au C. Ainsi, le cristal SIC consiste à empiler une séquence de couche, se produisant le phénomène appelé polytipisme.

Par exemple, le polytype cubique (similaire à celui du diamant) se compose d'un empilement de couche ABC et a donc une structure cristalline 3C.

D'autres empiles de ces couches génèrent également d'autres structures, parmi ces Rhomboédica et des politiciens hexagonaux. En fait, les structures cristallines du SIC finissent par être un "trouble cristallin".

La structure hexagonale la plus simple pour le sic, la 2H (image supérieure), est formée à la suite de l'empilement des couches avec la séquence Abeba ... après toutes les deux couches, la séquence est répétée, et à partir de là, c'est là que le nombre 2 provient de.

Propriétés de Carbure de silicium

Les propriétés générales

Masse molaire

40,11 g / mol

Apparence

Varie avec la méthode d'obtention et les matériaux utilisés. Il peut être: cristaux jaune, vert, bleu noirâtre ou irisé.

Densité

3,16 g / cm3

Point de fusion

2830 ºC.

Indice de réfraction

2.55.

Cristaux

Il y a le polymorphisme: cristaux hexagonaux αsiques et cristaux cubiques βsiques.

Dureté

9 à 10 sur l'échelle Mohs.

Résistances aux agents chimiques

Il résiste à l'action des acides et des alcalis forts. De plus, le carbure de silicium est chimiquement inerte.

Propriétés thermiques

• Haute conductivité thermique.
• Il prend en charge de grandes températures.
• Haute conductivité thermique.
• Coefficient de dilatation thermique linéaire faible, il prend donc en charge de grandes températures avec une faible extension.
• Résistant aux chocs thermiques.

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Propriétés mécaniques

• Haute résistance à la compression.
• Abrasion et résistants à la corrosion.
• C'est un matériau léger d'une grande résistance et résistance.
• Maintient sa résistance élastique à des températures élevées.

Propriétés électrique

Il s'agit d'un semi-conducteur qui peut remplir ses fonctions à des températures élevées et des tensions extrêmes, avec peu de dissipation de sa puissance au champ électrique.

Utilisation de Carbure de silicium

En tant qu'abrasif

• Le carbure de silicium est un semi-conducteur capable de supporter de grandes températures, des gradients à haute tension ou de champ électrique 8 fois plus que le silicium ne peut résister. Par conséquent, utilité dans la construction de diodes, de transiteurs, de suppresseurs et de dispositifs micro-ondes élevés.
• Avec le composé, les diodes émettrices de lumière (LED) et les détecteurs des premières radios (1907) sont fabriqués. Actuellement, le carbure de silicium a été remplacé dans la fabrication d'ampoules LED par Gallium Nitur.
• Dans les systèmes électriques, Silicon Carbure.

Sous la forme de céramiques structurées

• Dans un processus appelé frittage, les particules de carbure de silicium - ainsi que celles des compagnons - sont chauffées à une température plus basse que la température de fusion de ce mélange. Ainsi, la résistance et la force de l'objet céramique augmentent, en formant des liens forts entre les particules.
• La céramique structurelle du carbure de silicium a eu une vaste gamme d'utilisations. Ils sont utilisés dans les freins à disque et dans les griffes des véhicules à moteur, dans les filtres à particules présents dans le diesel et comme additif dans les huiles pour réduire la friction.
• Les utilisations de la céramique structurelle du carbure de silicium ont été généralisées dans les pièces exposées à des températures élevées. Par exemple, c'est le cas de la gorge des injecteurs des roquettes et des rouleaux des fours.
• La combinaison d'une conductivité thermique élevée, de dureté et de stabilité à des températures élevées, les composants des échangeurs de chaleur avec du carbure de silicium.
• La céramique structurelle est utilisée dans les injecteurs des jets de sable, des timbres automobiles des pompes à eau, des roulements et des dés d'extrusion. Il constitue également le matériau des Crosols, utilisés dans la fonderie des métaux.
• Il fait partie des éléments de chauffage utilisés dans la fonderie du verre et des métaux non ferreux, ainsi que dans le traitement calorique des métaux.

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Autres utilisations

• Il peut être utilisé dans la mesure de la température du gaz. Dans une technique connue sous le nom de pyrométrie, un filament en carbure de silicium est chauffé et émet un rayonnement qui est en corrélation avec la température dans une plage de 800-2500 ºK.
• Il est utilisé dans les centrales nucléaires pour éviter la fuite du matériau produit par la fission.
• Dans la production d'acier, il est utilisé comme carburant.