- โครงสร้างทางเคมี
- คุณสมบัติ
- คุณสมบัติทั่วไป
- มวลโมลาร์
- การปรากฏ
- ความหนาแน่น
- จุดหลอมเหลว
- ดัชนีหักเห
- รัตนากร
- ความแข็ง
- ความต้านทานต่อสารเคมี
- คุณสมบัติทางความร้อน
- คุณสมบัติทางกล
- คุณสมบัติ
- การประยุกต์ใช้งาน
- เป็นสารกัดกร่อน
- ในรูปแบบของเซรามิกที่มีโครงสร้าง
- การใช้งานอื่น ๆ
- อ้างอิง
คาร์ไบด์ซิลิกอนเป็นโควาเลนต์เป็นของแข็งประกอบด้วยคาร์บอนและซิลิกอน มันยากมากที่มีค่า 9.0 ถึง 10 ในระดับโมห์และสูตรทางเคมีคือ SiC ซึ่งอาจบ่งชี้ว่าคาร์บอนถูกผูกมัดกับซิลิกอนด้วยพันธะโควาเลนต์สามโดยมีประจุบวก (+ ) บน Si และประจุลบ (-) บนคาร์บอน ( + Si≡C - )
จริงๆแล้วพันธะในสารประกอบนี้แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง มันถูกค้นพบในปี 1824 โดยนักเคมีชาวสวีเดนJön Jacob Berzelius ในขณะที่พยายามสังเคราะห์เพชร ในปีพ. ศ. 2436 Henry Moissani นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้ค้นพบแร่ที่มีส่วนประกอบของซิลิคอนคาร์ไบด์
การค้นพบนี้เกิดขึ้นขณะตรวจสอบตัวอย่างหินจากปล่องอุกกาบาตใน Devil's Canyon สหรัฐอเมริกาเขาตั้งชื่อแร่นี้ว่า moissanite ในทางกลับกัน Edward Goodrich Acheson (1894) ได้สร้างวิธีการสังเคราะห์ซิลิกอนคาร์ไบด์โดยทำปฏิกิริยาทรายหรือควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงกับปิโตรเลียมโค้ก
Goodrich เรียกผลิตภัณฑ์นี้ว่า carborundum (หรือ carborundium) และก่อตั้ง บริษัท เพื่อผลิตสารกัดกร่อน
โครงสร้างทางเคมี
ภาพด้านบนแสดงโครงสร้างลูกบาศก์และผลึกของซิลิคอนคาร์ไบด์ การจัดเรียงนี้เหมือนกับของเพชรแม้จะมีความแตกต่างของรัศมีอะตอมระหว่าง C และ Si
พันธะทั้งหมดเป็นโควาเลนต์และมีทิศทางอย่างมากซึ่งแตกต่างจากของแข็งไอออนิกและปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิต
SiC สร้างโมเลกุลเตตระฮีดรา นั่นคืออะตอมทั้งหมดเชื่อมโยงกับอีกสี่อะตอม หน่วยเตตระฮีดอลเหล่านี้ถูกรวมเข้าด้วยกันด้วยพันธะโควาเลนต์โดยใช้โครงสร้างผลึกแบบชั้น
นอกจากนี้ชั้นเหล่านี้ยังมีการจัดเรียงคริสตัลของตัวเองซึ่งมีสามประเภท: A, B และ C
นั่นคือชั้น A แตกต่างจากชั้น B และชั้นหลังมาจาก C ดังนั้นผลึก SiC จึงประกอบด้วยการซ้อนกันของลำดับชั้นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า polytypism ที่เกิดขึ้น
ตัวอย่างเช่นลูกบาศก์โพลีไทป์ (คล้ายกับเพชร) ประกอบด้วยชั้น ABC ซ้อนกันดังนั้นจึงมีโครงสร้างผลึก 3C
สแต็กอื่น ๆ ของชั้นเหล่านี้ยังสร้างโครงสร้างอื่น ๆ ระหว่างรูปหลายเหลี่ยมรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนและหกเหลี่ยมเหล่านี้ ในความเป็นจริงโครงสร้างผลึกของ SiC กลายเป็น "ความผิดปกติของผลึก"
โครงสร้างหกเหลี่ยมที่ง่ายที่สุดสำหรับ SiC คือ 2H (ภาพบน) เกิดจากการซ้อนชั้นด้วยลำดับ ABABA … หลังจากทุกๆสองชั้นลำดับจะซ้ำและนั่นคือที่มาของหมายเลข 2 .
คุณสมบัติ
คุณสมบัติทั่วไป
มวลโมลาร์
40.11 กรัม / โมล
การปรากฏ
ขึ้นอยู่กับวิธีการรับและวัสดุที่ใช้ สามารถเป็นได้: คริสตัลสีเหลืองสีเขียวสีน้ำเงินอมดำหรือสีรุ้ง
ความหนาแน่น
3.16 ก. / ซม. 3
จุดหลอมเหลว
2830 องศาเซลเซียส
ดัชนีหักเห
2.55
รัตนากร
มีความหลากหลาย: ผลึกหกเหลี่ยมαSiCและผลึกลูกบาศก์βSiC
ความแข็ง
9 ถึง 10 ในระดับ Mohs
ความต้านทานต่อสารเคมี
ทนต่อการกระทำของกรดแก่และด่าง นอกจากนี้ซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นสารเฉื่อย
คุณสมบัติทางความร้อน
- การนำความร้อนสูง
- ทนต่ออุณหภูมิสูง
- การนำความร้อนสูง
- ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นต่ำจึงรองรับอุณหภูมิสูงและมีการขยายตัวต่ำ
- ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน
คุณสมบัติทางกล
- ทนต่อการบีบอัดสูง
- ทนต่อการขูดขีดและการกัดกร่อน
- เป็นวัสดุน้ำหนักเบาที่มีความแข็งแรงและทนทานสูง
- รักษาความต้านทานการยืดหยุ่นที่อุณหภูมิสูง
คุณสมบัติ
เป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถตอบสนองการทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงและแรงดันไฟฟ้าสูงโดยมีการกระจายพลังงานไปยังสนามไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย
การประยุกต์ใช้งาน
เป็นสารกัดกร่อน
- ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นสารกึ่งตัวนำที่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงแรงดันไฟฟ้าสูงหรือการไล่ระดับสนามไฟฟ้าได้มากกว่าซิลิคอนถึง 8 เท่า ด้วยเหตุนี้จึงมีประโยชน์ในการสร้างไดโอดทรานส์ซิเตอร์ตัวยับยั้งและอุปกรณ์ไมโครเวฟพลังงานสูง
- ด้วยสารประกอบไดโอดเปล่งแสง (LED) และเครื่องตรวจจับของวิทยุเครื่องแรก (1907) ถูกผลิตขึ้น ปัจจุบันซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกแทนที่ในการผลิตหลอด LED โดยแกลเลียมไนไตรด์ที่ให้แสงที่สว่างกว่า 10 ถึง 100 เท่า
- ในระบบไฟฟ้าซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นสายล่อฟ้าในระบบพลังงานไฟฟ้าเนื่องจากสามารถควบคุมความต้านทานได้โดยการควบคุมแรงดันไฟฟ้า
ในรูปแบบของเซรามิกที่มีโครงสร้าง
-ในกระบวนการที่เรียกว่าการเผาอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์ - เช่นเดียวกับอนุภาค - จะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมละลายของส่วนผสมนี้ ดังนั้นจึงเพิ่มความต้านทานและความแข็งแรงของวัตถุเซรามิกโดยการสร้างพันธะที่แข็งแกร่งระหว่างอนุภาค
- เซรามิกโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์มีการใช้งานที่หลากหลาย ใช้ในดิสก์เบรกและคลัตช์รถยนต์ในตัวกรองอนุภาคดีเซลและเป็นสารเติมแต่งในน้ำมันเพื่อลดแรงเสียดทาน
- การใช้เซรามิกโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์แพร่หลายในชิ้นส่วนที่สัมผัสกับอุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่นนี่คือกรณีของคอของหัวฉีดจรวดและลูกกลิ้งของเตาเผา
- การรวมกันของการนำความร้อนสูงความแข็งและความเสถียรของอุณหภูมิสูงทำให้ส่วนประกอบของท่อแลกเปลี่ยนความร้อนที่ผลิตจากซิลิคอนคาร์ไบด์
- เซรามิกโครงสร้างใช้ในหัวฉีดพ่นทรายซีลปั๊มน้ำยานยนต์ตลับลูกปืนและแม่พิมพ์อัดขึ้นรูป นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุสำหรับเบ้าหลอมที่ใช้ในการหลอมโลหะ
- เป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบความร้อนที่ใช้ในการหลอมแก้วและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กรวมทั้งในการชุบโลหะด้วยความร้อน
การใช้งานอื่น ๆ
- สามารถใช้วัดอุณหภูมิของก๊าซ ในเทคนิคที่เรียกว่า pyrometry ไส้หลอดซิลิกอนคาร์ไบด์จะถูกทำให้ร้อนและปล่อยรังสีที่สัมพันธ์กับอุณหภูมิในช่วง800-2500ºK
- ใช้ในโรงงานนิวเคลียร์เพื่อป้องกันการรั่วไหลของวัสดุที่เกิดจากฟิชชัน
- ในการผลิตเหล็กจะใช้เป็นเชื้อเพลิง
อ้างอิง
- Nicholas G.Wright, Alton B.Horsfall ซิลิคอนคาร์ไบด์: การกลับมาของเพื่อนเก่า สาระสำคัญเล่มที่ 4 ข้อ 2. สืบค้นเมื่อ 05 พฤษภาคม 2561 จาก: sigmaaldrich.com
- จอห์นเฟ ธ ฟูล (กุมภาพันธ์ 2553). Carborundum ผลึก สืบค้นเมื่อ 05 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org
- Charles & Colvard Polytypism และ Moissanite สืบค้นเมื่อ 5 พฤษภาคม 2561 จาก: moissaniteitalia.com
- Materialscientist (2014) SiC2HstructureA . สืบค้นเมื่อ 05 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org
- วิกิพีเดีย (2018) ซิลิคอนคาร์ไบด์ สืบค้นเมื่อ 5 พฤษภาคม 2561 จาก: en.wikipedia.org
- นาวาร์โร SiC. (2018) ซิลิคอนคาร์ไบด์ สืบค้นเมื่อ 5 พฤษภาคม 2561 จาก: navarrosic.com
- มหาวิทยาลัยบาร์เซโลนา. ซิลิคอนคาร์ไบด์ SiC. สืบค้นเมื่อ 05 พฤษภาคม 2561 จาก: ub.edu
- CarboSystem (2018) ซิลิเซียมคาร์ไบด์. สืบค้นเมื่อ 05 พฤษภาคม 2018 จาก: carbosystem.com