Il Carburo di silicio È un solido covalente costituito da carbonio e silicio. È di grande durezza con un valore da 9,0 a 10 sulla scala di Mohs e la sua formula chimica è SiC, il che può suggerire che il carbonio è legato al silicio da un triplo legame covalente, con una carica positiva (+) su Si e a carica negativa (-) sul carbonio (+Sì≡C-).
In realtà, i legami in questo composto sono completamente diversi. Fu scoperto nel 1824 dal chimico svedese Jön Jacob Berzelius, mentre cercava di sintetizzare i 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 dal cratere di un meteorite nel Devil's Canyon, USA. Ha chiamato questo minerale moissanite. D'altra parte, Edward Goodrich Acheson (1894) creò un metodo per sintetizzare il carburo di silicio, facendo reagire la sabbia o il quarzo di elevata purezza con il coke di petrolio..
Goodrich ha chiamato il prodotto ottenuto carborundum (o carborundium) e ha fondato un'azienda per la produzione di abrasivi.
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L'immagine sopra illustra la struttura cubica e cristallina del carburo di silicio. Questa disposizione è la stessa di quella del diamante, nonostante le differenze nei raggi atomici tra C e Si..
Tutti i legami sono fortemente covalenti e direzionali, a differenza dei solidi ionici e delle loro interazioni elettrostatiche.
Il SiC forma tetraedri molecolari; cioè, tutti gli atomi sono legati ad altri quattro. Queste unità tetraedriche sono unite insieme da legami covalenti, adottando strutture cristalline stratificate..
Inoltre, questi strati hanno le proprie disposizioni di cristalli, che sono di tre tipi: A, B e C.
Cioè, uno strato A è diverso da B e quest'ultimo da C. Pertanto, il cristallo SiC consiste nell'accatastamento di una sequenza di strati, il fenomeno noto come politipismo che si verifica..
Ad esempio, il politipo cubico (simile a quello del diamante) è costituito da una pila di strati ABC e quindi ha una struttura cristallina 3C..
Altre pile di questi strati generano anche altre strutture, tra questi politipi romboedrici ed esagonali. In effetti, le strutture cristalline del SiC finiscono per essere un "disturbo cristallino".
La struttura esagonale più semplice per SiC, la 2H (immagine in alto), si forma come risultato dell'impilamento degli strati con la sequenza ABABA ... Dopo ogni due strati la sequenza si ripete, ed è da lì che proviene il numero 2.
40,11 g / mol
Varia a seconda del metodo di ottenimento e dei materiali utilizzati. Può essere: cristalli gialli, verdi, blu nerastri o iridescenti.
3,16 g / cm3
2830 ºC.
2.55.
C'è polimorfismo: cristalli esagonali αSiC e cristalli cubici βSiC.
Da 9 a 10 sulla scala di Mohs.
È resistente all'azione di acidi forti e alcali. Inoltre, il carburo di silicio è chimicamente inerte..
- Elevata conducibilità termica.
- Resiste alle alte temperature.
- Elevata conducibilità termica.
- Basso coefficiente di dilatazione termica lineare, quindi resiste alle alte temperature con bassa espansione.
- Resistente agli shock termici.
- Elevata resistenza alla compressione.
- Resistente all'abrasione e alla corrosione.
- È un materiale leggero di grande forza e resistenza.
- Mantiene la sua resistenza elastica alle alte temperature.
È un semiconduttore in grado di svolgere le sue funzioni ad alte temperature e tensioni estreme, con poca dissipazione della sua potenza al campo elettrico..
- Il carburo di silicio è un semiconduttore in grado di resistere a temperature elevate, gradienti di alta tensione o campi elettrici 8 volte di più di quanto il silicio possa sopportare. Per questo motivo è utile nella costruzione di diodi, transitori, soppressori e dispositivi a microonde ad alta energia..
- Con il composto furono realizzati diodi luminosi (LED) e rivelatori per le prime radio (1907). Attualmente, il carburo di silicio è stato sostituito nella produzione di lampadine a LED dal 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 alimentazione elettrica, poiché possono regolare la sua resistenza regolando la tensione attraverso di esso..
- In un processo noto come sinterizzazione, le particelle di carburo di silicio - così come quelle dei compagni - vengono riscaldate a una temperatura inferiore alla temperatura di fusione di questa miscela. Pertanto, aumenta la resistenza e la forza dell'oggetto in ceramica, attraverso la formazione di forti legami tra le particelle..
- Le ceramiche strutturali in carburo di silicio hanno avuto una vasta gamma di applicazioni. Sono utilizzati nei freni a disco e nelle frizioni degli autoveicoli, nei filtri antiparticolato diesel e come additivo negli oli per ridurre l'attrito.
- Gli usi della ceramica strutturale al carburo di silicio si sono diffusi in parti esposte ad alte temperature. Ad esempio, questo è il caso della gola degli iniettori del razzo e dei rulli dei forni..
- La combinazione di elevata conduttività termica, tenacità e stabilità alle alte temperature rende i componenti per i tubi dello scambiatore di calore realizzati in carburo di silicio..
- La ceramica strutturale viene utilizzata negli iniettori di sabbiatura, nelle guarnizioni delle pompe dell'acqua per autoveicoli, nei cuscinetti e nelle matrici di estrusione. È anche il materiale per i crogioli, utilizzato nella fusione dei metalli..
- Fa parte degli elementi riscaldanti utilizzati nella fusione del vetro e dei metalli non ferrosi, nonché nel trattamento termico dei metalli.
- Può essere utilizzato nella misura della temperatura dei gas. In una tecnica nota come pirometria, un filamento di carburo di silicio viene riscaldato ed emette radiazioni correlate alla temperatura in un intervallo di 800-2500 ºK..
- Viene utilizzato negli impianti nucleari per prevenire la fuoriuscita di materiale prodotto dalla fissione.
- Nella produzione dell'acciaio viene utilizzato come combustibile.
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