Карбид кремния

Содержание учебного курса

Химия представляет собой науку, которая изучает вещества, их свойства, состав и реакции взаимодействия друг с другом. Все, что нас окружает, состоит из различных веществ, как в чистом виде, так и в смеси. Химические процессы и реакции являются неотъемлемой частью нашей жизни, поэтому элементарные знания в этой области необходимы каждому человеку. В общеобразовательных учреждениях изучение начинается с восьмого года обучения. На уроках ребята познакомятся с общими понятиями, терминами, гипотезами. Узнают о практическом применении этой науки и какое место она занимает в жизни людей. А для того, чтобы процесс обучения проходил легко и не вызывал особых трудностей, лучше всего под рукой всегда иметь «ГДЗ по Химии 8 класс Ёремин В.В., Кузьменко». К концу года восьмиклассники научатся:

1. Описывать свойства различных веществ.
2. Классифицировать изученные объекты и явления.
3. Безопасно пользоваться лабораторным оборудованием.
4. Понимать смысл основных химических понятий и терминов.
5. Применять полученные знания на практике.

Также школьники расширят свои познания в области веществ, которые применяются в повседневной жизни, промышленности и сельском хозяйстве.

Для чего использовать решебник?

Некоторые взрослые уверены, что дети пользуются готовыми ответами по химии 8 класс Шиманович И. Е. (2018 г.) только в качестве шпаргалки, что совершенно неверно. Данный справочник больше похож на методическое пособие, поэтому и пользы из него можно извлечь намного больше. Главное, научиться с ним правильно работать и тщательно изучать все предоставленные сведения.

Основные направления, в которых школьники применяют решебник:

• повышение качества домашних заданий;
• подготовка к контрольным/тестам/олимпиадам;
• детальное штудирование параграфов;
• восполнение пробелов.

Если после прочтения параграфов, теория так и осталась для ребят китайской грамотой, то им явно стоит воспользоваться представленным изданием, чтобы не попасть впросак на уроке или дома. Систематические тренировки дадут ученикам возможность не только начать разбираться в одной из самых сложных наук, но и с интересом осваивать все более трудные темы. Решебник — ключ к полноценным знаниям, который всегда находится под рукой.

Применение карборунда

Это химическое соединение является ценным сырьем для промышленности. Обладает выраженными абразивными свойствами, устойчивостью к воздействию экстремальных температур, агрессивных кислот. За счет высокого показателя твердости используется в изготовлении деталей, которые проявляют устойчивость к воздействию разрушительных факторов.

Конструкционный материал

Карбид кремния задействован в промышленном производстве. Из него изготавливают следующие детали и элементы:

• тормоза для автомобилей спортивных моделей;
• панели и плиты с высокой устойчивостью к стиранию;
• элементы для бронированной военной техники;
• шлифовальные составы для металлургической и энергетической промышленности;
• абразивные насадки для шлифовальных машин;
• линзы для высокоточного астрономического оптического оборудования.

Обязательно посмотрите: Что такое гидротермальный изумруд и где его используют

Электроника

Карбид кремния встречается в составе сверхбыстрых диодов Шоттки, тиристорах. Химический состав обладает неоспоримыми преимуществами, если сравнивать его с кремнием и арсенидом галлия. Во-первых, карборунд характеризуется большей шириной запрещенной зоны. Электрическая прочность камня в 10 раз превышает аналогичный показатель кремния. Не теряет исходные физико-химические свойства при воздействии высоких температур. Теплопроводность в 3 раза превышает аналогичный показатель, характерный для кремния.

Для вас допустимо ношение украшений с черным камнем?

ДаНет

Сталеварение

Карбид кремния применяется как топлива, используемое в получении стали в конвертерном производстве. В сравнении с углем считается чистым химическим соединением, поэтому позволяет уменьшить количество отходов. Также применяется в коррекции температурного режима и показателей содержания углерода в стали.

Ядерная энергетика

За счет высокой устойчивости к воздействию радиации массово применяется в ядерной энергетике. Из камня изготавливают слой из триструктурально-изотопного покрытия для элементов ядерного топлива, находящегося в газоохлаждаемых реакторах. Также это ценное сырье для производства пеналов для безопасного захоронения ядерных отходов.

Карборунд также входит в состав шлифовальных паст. При смешивании технического карборунда с кремнием и глицерином получают силит. Это высококачественный материал для нагревательных элементов лабораторных электропечей. Из такой смеси также изготавливают стержни, которые затем обжигают при температуре 1700 градусов вместе с двуокисью углерода. Силитовый стержень выдерживает температуру до 1500 градусов.

Пирометрия

Это измерение температуры газа оптическим методом. Он реализуется с помощью волокон из карбида кремния. Их толщина составляет 15 микрометров. Эти волокна вводятся в зону изменения, при этом никак не воздействуя на процесс горения. Использование этого способа позволяет измерить температуру, находящуюся в диапазоне 800-2500 Кельвинов.

В ювелирном деле

Карборунд обладает неповторимым сиянием, которое сполна раскрывает цветовую гамму камня. В ювелирной промышленности получил название муассанит. Для инкрустации украшений используется бесцветный карборунд. Благодаря особым внешним характеристикам напоминает алмаз. Структура камня более сложная, чем та, которую имеет кубический диоксид циркония.

Часто муассанитом заменяют бриллианты, причем продают покупателю изделия с учетом стоимости последнего. Отличить синтетический камень от драгоценного самоцвета сможет только эксперт-геммолог, применяющий специальное оборудование и реактивы.

Как полупроводник

Обладает свойствами надежного проводника, который является качественным катализатором. Считается ценным сырьем для изготовления лазеров, мощных светодиодов. Входит в состав терморезистора и полевого транзистора.

Структура и свойства

Чистый карбид кремния располагает гексагональной кристаллической решеткой и имеет стехиометрический состав. Вещество состоит из чистых кристаллов с алмазным блеском. При наличии примесей материал окрашивается в коричневый, зеленый, серый, белый или черный цвета. Окрас вещества зависит от его химического состава. При контакте с кислородом на поверхности кристаллов образуется оксидная пленка с радужным блеском.

Кристаллическая решетка SiC

Структурные свойства карбида кремния зависят от температурного режима. При нагревании до температуры 1700 °C образуется альфа-модификация. Она является одним из самых распространенных полиформов, получаемых искусственным путем. Для этой модификации характерно явление политипизма. Она имеет больше 50 политипных модификаций со схожей структурой кристаллической решетки. При нагревании вещества до более низких температур образуется бета-модификация. Она широко применяется в качестве гетерогенных катализаторов.

Материал характеризуется следующими физическими свойствами:

• плотность: 3,21 г/см3;
• ширина запрещенной зоны: 2,9 эВ;
• микротвердость: 3300-3600 кгс/мм2;
• энергия кристаллической решётки: 288 ккал/г·форм;
• теплопроводность: до 4,9 Вт/(см·К);
• температура плавления: 2830 °C.

Карбид кремния является одним из бинарных химических соединений. Молекулы вещества связаны между собой ковалентной связью. Благодаря большой ширине запрещенной зоны и высокой температуре плавления, карборунд обладает свойствами полупроводников. Материал устойчив к воздействию радиации и жарких температур. Данное химическое сопротивление может проводить электрический ток при температурах выше 1400 °C.

Карбид кремния является инертным химическим соединением. Он разлагается при взаимодействии с перегретым паром. При температурах выше 1700 °C вещество сублимирует, но не начинает плавиться. Карборунд не вступает в реакцию с большинством кислот, за исключением азотной, фтористоводородной и ортофосфорной. При наличии кислорода материал полностью растворяется во время взаимодействия с щелочами.

Применение материала

Основной областью применения карбида кремния является электроника и энергетика. Это вещество используется при производстве полупроводниковых механизмов, светодиодов, резисторов, транзисторов и счетчиков энергии. Эти приспособления обладают высокой прочностью и могут стабильно функционировать в течение 10 лет. Они применяются в высокочастотной электронике. Изделия из карбида кремния отличаются следующими свойствами:

1. Обладают большой шириной запрещенной зоны;
2. Могут функционировать при высоких температурах (до 600 °C);
3. Располагают повышенной теплопроводностью, в отличие от приборов, выполненных из арсенида галлия и иных минералов.
4. Устойчивы к радиации и воздействию электрических зарядов.

Благодаря высокой огнеупорности и теплостойкости материала, он активно применяется в металлургии и химической промышленности. Из твердого раствора карборунда изготавливается множество нагревательных приборов, способны работать при высоких температурах (до 2000 °C). Эти приспособления могут функционировать в нейтральных или восстановленных средах. Нагревательные элементы активно используются при термообработке металлических деталей для керамических приборов и электронных компонентах.

Карбид кремния применяется в качестве абразива, что обусловлено высокой прочностью и низкой стоимостью химического соединения. При абразивной обработке этот материал используется в следующих процессах:

• шлифование;
• ламинирование бумажных изделий;
• пескоструйная обработка;
• хонингование;
• водоструйная резка.

Карборунд нашел широкое применение в производстве конструкционных материалов. Он обладает стойкостью к физическим нагрузкам и активно используется при изготовлении пуленепробиваемых жилетов и дисковых тормозов, устанавливаемых на транспортном средстве. С 1990-х гг. из карборунда изготавливают прочные газовые турбины. Они устойчивы к высоким температурам и ударным нагрузкам.

Источник

Физико-химические характеристики

По химической классификации карборунд – это карбид кремния с простой формулой.

Тверже него только алмаз. Карборунд плотен, тугоплавок, равнодушен к истиранию, кислотам, прочим агрессивным веществам.

Карбид кремния:

• Плотность 3,05 г/см³.
• Состав 93 % карбида кремния.
• Предел прочности на изгиб 320…350 МПа.
• Предел прочности на сжатие 2300 МПа.
• Модуль упругости 380 ГПа.
• Твердость 87…92 HRC.
• Трещиностойкость в пределах 3.5 — 4.5 МПа·м1/2.
• Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 140—200 Вт/(м·К).
• Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 3,5…4,0 К−1⋅10−6.
• Вязкость разрушения 3,5 МПа·м1/2.

Самосвязанный карбид кремния:

• Плотность 3,1 г/см³.
• Состав 99 % карбида кремния.
• Предел прочности на изгиб 350—450 МПа.
• Предел прочности на сжатие 2500 МПа.
• Модуль упругости 390—420 ГПа.
• Твердость 90…95 HRC.
• Трещиностойкость в пределах 4 — 5 МПа·м1/2.
• Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 80 — 130 Вт/(м·К).
• Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 2,8…4 К−1⋅10−6.
• Вязкость разрушения 5 МПа·м1/2.

ВК6ОМ:

• Плотность 14,8 г/см³.
• Состав Карбид вольфрама.
• Предел прочности на изгиб 1700…1900 МПа.
• Предел прочности на сжатие 3500 МПа.
• Модуль упругости 550 ГПа.
• Твердость 90 HRA.
• Трещиностойкость в пределах 8-25 МПа·м1/2.
• Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 75…85 Вт/(м·К).
• Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,5 К−1⋅10−6.
• Вязкость разрушения 10…15 МПа·м1/2.

Силицированный графит СГ-Т:

• Плотность 2,6 г/см³.
• Состав 50 % карбида кремния.
• Предел прочности на изгиб 90…110 МПа.
• Предел прочности на сжатие 300…320 МПа.
• Модуль упругости 95 ГПа.
• Твердость 50…70 HRC.
• Трещиностойкость в пределах 2-3 МПа·м1/2.
• Коэффициент теплопроводности при 10 °C, 100…115 Вт/(м·К).
• Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,6 К−1⋅10−6.
• Вязкость разрушения 3…4 МПа·м1/2.

Однако лучи света камень преломляет сильнее алмаза, по этому параметру сопоставим с муассанитом.

Естественное явление

Монокристалл муассанита (размер ≈1 мм)

Встречающийся в природе муассанит содержится в очень незначительных количествах в некоторых типах метеоритов, а также в месторождениях корунда и кимберлитах . Практически весь карбид кремния, продаваемый в мире, включая муассаниты, является синтетическим . Природный муассанит был впервые обнаружен в 1893 году как небольшой компонент метеорита Каньон Диабло в Аризоне доктором Фердинандом Анри Муассаном , в честь которого этот материал был назван в 1905 году. Открытие Муассаном природного SiC первоначально оспаривалось, поскольку его образец мог быть загрязнен лезвиями из карбида кремния , которые уже были на рынке в то время.

Карбид кремния, хоть и редко встречающийся на Земле, широко распространен в космосе. Это обычная форма звездной пыли, обнаруживаемая вокруг богатых углеродом звезд , и примеры этой звездной пыли были обнаружены в первозданном состоянии в примитивных (неизмененных) метеоритах. Карбид кремния, обнаруженный в космосе и в метеоритах, почти всегда является бета-полиморфом . Анализ зерен SiC, обнаруженных в метеорите Мерчисон , углеродистом хондритовом метеорите, выявил аномальные изотопные отношения углерода и кремния, что указывает на то, что эти зерна возникли за пределами Солнечной системы.

Ранние эксперименты

Несистематические, менее признанные и часто непроверенные синтезы карбида кремния включают:

• Сезар-Мансуэт Деспре пропускает электрический ток через угольный стержень, погруженный в песок (1849 г.)
• Растворение кремнезема в расплавленном серебре в графитовом тигле Роберта Сидни Марсдена (1881 г.)
• Нагревание смеси кремния и кремнезема в графитовом тигле Пауля Шютценбергера (1881 г.)
• Нагревание кремния Альбертом Колсоном в потоке этилена (1882 г.).

Масштабное производство

Репликация экспериментов HJ Round со светодиодами

Широкомасштабное производство приписывают Эдварду Гудричу Ачесону в 1890 году. Ачесон пытался приготовить искусственные алмазы, когда нагрел смесь глины (силикат алюминия) и порошкообразного кокса (углерода) в железной чаше. Он назвал голубые кристаллы, которые образовали карборунд , полагая, что это новое соединение углерода и алюминия, подобное корунду . Муассан также синтезировал SiC несколькими способами, включая растворение углерода в расплавленном кремнии, плавление смеси карбида кальция и кремнезема и восстановление кремнезема углеродом в электрической печи.

Ачесон запатентовал метод производства порошка карбида кремния 28 февраля 1893 года. Ачесон также разработал электрическую печь периодического действия, с помощью которой SiC производится до сих пор, и сформировал Carborundum Company для производства объемного SiC, первоначально для использования в качестве абразива. В 1900 году компания заключила соглашение с Electric Smelting and Aluminium Company, когда решением судьи ее основатели «в целом» отдавали приоритет «восстановлению руд и других веществ методом накаливания». Говорят, что Ачесон пытался растворить углерод в расплавленном корунде ( оксид алюминия ) и обнаружил присутствие твердых сине-черных кристаллов, которые он считал соединением углерода и корунда: отсюда и карборунд. Возможно, он назвал материал «карборунд» по аналогии с корундом, еще одним очень твердым веществом (9 по шкале Мооса ).

SiC впервые использовался в качестве абразива. Затем последовали электронные заявки. В начале 20 века карбид кремния использовался в качестве детектора в первых радиоприемниках. В 1907 году Генри Джозеф Раунд создал первый светодиод, подав напряжение на кристалл SiC и наблюдая желтое, зеленое и оранжевое излучение на катоде. Позднее этот эффект был открыт О.В. Лосевым в Советском Союзе в 1923 году.

Почему ученики выбирают ГДЗ?

Можно придумать множество способов выполнить домашнее задание, не вникая в суть предмета. Но все это бесполезно, ведь первое же тестирование продемонстрирует весьма плачевные итоги. Поэтому, хоть школьники и не горят особым желанием, но изучать дисциплину им предстоит добросовестно. Не обязательно зубрить все, что написано в учебниках, нужно просто начать заниматься с решебником к учебнику химия 8 класс Шиманович.

Школьники все чаще прибегают к использованию электронных пособий, так как:

1. занятия у репетитора отнимают много времени;
2. родители на данном этапе мало чем могут помочь;
3. у учителей нет возможности дополнительно пояснять параграфы;
4. списывать у одноклассников — гиблое дело.

В решебниках авторы привели верные ответы и наглядные примеры, готовые решения и дополнительные подсказки. Подросткам лучше побороть возникающее искушение — скопировать представленные номера в свою тетрадь, так как особой пользы это не принесет. Справочник стоит использовать в основном для самопроверки и проработки обнаруженных недочетов.

Грамотная работа с ГДЗ по химии за 8 класс учебник Ерёмин В. В., Кузьменко Н. Е., Дроздов А. А. (Дрофа)

Чтобы онлайн-справочник не навредил учебе, использовать его необходимо правильно. Это значит, что школьникам следует для начала самостоятельно справиться с домашней работой. А если они зайдут в тупик при решении какого-либо номера, то значит, им необходимо еще раз ознакомиться с темой и с конспектом. И только после того, как все упражнения будут решены, ученик может сверить ответы и проработать допущенные ошибки. Все эти действия обязательны. Если просто копировать результаты в чистовик, то это ни к чему хорошему не приведет. За такую работу ученик может и получит хорошую оценку, но на контрольной ему будет сложно справиться даже с элементарными упражнениями. Благодаря пособию у ребят есть шанс написать на высокую отметку:

• тест;
• контрольную;
• самостоятельную;
• практическую или лабораторную.

И если подросток всегда мечтал принять участие в конкурсе или олимпиаде, то в этом году ему точно удастся это сделать. В дополнительном пособии есть вся необходимая информация для подготовки к любому испытанию. Все сведения в справочнике изложены понятным и простым языком. Авторы прекрасно понимали, что сборник особенно пригодится тем школьникам, которые серьезно отстали от своих сверстников. Им нужны более развернутые ответы, чтобы самостоятельно разобраться даже в сложных темах, не прибегая к помощи высококвалифицированных репетиторов. Делая вывод, скажем, что это учебно-вспомогательное пособие подойдет каждому школьнику. Оно было разработано в полном соответствии со всеми строгими правилами и требованиями ФГОС. В дополнительном сборнике школьники не найдут ничего лишнего. Справочник хорош тем, что с его помощью можно не только качественно и быстро выполнить домашнее задание, но и блистательно подготовиться к контрольной или практической.

К чему подготовит решебник по химии за 8 класс учебник Ерёмин

Один из навыков, которым нужно овладеть к окончанию школы — это научиться работать со справочной литературой. Подросток должен самостоятельно подбирать и находить нужную ему информацию. Причем родители и учителя должны донести до него, что, бездумно списывая с ответов, он наносит себе вред. Лучше всего подобрать качественные методички и дать старшекласснику в пользование. Одной из лучших в своей дисциплине по праву считается наша методичка. Каждый школьник нуждается в поддержке ГДЗ. Даже отличники, порой, ошибаются на контрольных или при выполнении домашних заданий. Сборник верных ответов хорош тем, что помогает ребятам устранять любые погрешности. Благодаря ему они с легкостью сумеют подтянуть свои слабые места. На уроках и дома ребята будут выполнять различные лабораторные и контрольные по следующим темам:

1. Гомологи и изомеры алканов.
2. Строение органических веществ.
3. Циклопарафины.
4. Пространственное строение алканов.
5. Понятие о диеновых углеводородах.
6. Природный каучук.

Чтобы, как следует, подготовиться ко всем этим и другим испытаниям, подростки могут уже сейчас начать практиковаться вместе с представленным методическим комплексом. Он был разработан в полном соответствии с основным учебником. А все решенные задания проверялись авторами на наличие ошибок. Многие ребята с удивлением отмечают, что после занятий по учебнику от указанных авторов значительно улучшается успеваемость по химии и сопутствующим дисциплинам. А всё потому, что решебник прививает самостоятельность, привычку к анализу и внимательность. Подросток становится более собранным и перестаёт стесняться не только отвечать у дочки, но и высказывать свою точку зрения. Подытожив, стоит отметить, что это прекрасное издание станет настоящим другом для будущих абитуриентов.

Полезность решебника

Сборник имеет в своём содержании подробные и верные ответы. Они помогут не только правильно выполнить домашнее задание, но и:

• подробно разобрать особо сложную тему;
• качественно подготовиться к предстоящему уроку;
• дополнительно проработать пройденный материал.

Пользоваться ГДЗ очень просто. Расположение номеров полностью идентично учебному изданию и отыскать нужную информацию не составит никакого труда. Использование онлайн-решебника в значительной степени облегчит обучение, восьмиклассник всегда наилучшим образом будет подготовлен к любой самостоятельной работе.

Получение карбида кремния

Наибольшее количество природного происхождения карбида кремния содержится в космическом пространстве: на пылевых облаках, окружающих звезды, в метеоритах. На Земле этот материал присутствует только на месторождениях кимберлита или корунда, что усложняет процесс его добычи в промышленных масштабах. По этой причине карборунд, используемый в современной индустриальных сферах и бытовых условиях, является искусственным.

Самым распространенным способом получения этого химического соединения является нагревание двуокиси кремния углеродом в специализированных печах, работающих на электричестве. Вещество нагревается до температуры 1800-2300 °C.Источниками кремния являются кварцевый песок, очищенный от примесей, и антрацит. Для улучшения газопроницаемости материала используются опилки из древесины. Цвет синтетического карборунда изменяется при помощи добавления хлорида натрия (поваренной соли). Увеличение плотности материала производится при помощи прессования. После этих процессов структурные частицы меняют свое местоположения, что приводит к деформации твердого раствора.

Также данное вещество получают при помощи следующих методов:

1. Сублимация. Это технология предоставляет выращивать зерна карбида кремния природных материалов. Рост кристаллов осуществляется в графитовых тиглях из газовой фазы. Получить карборунд при помощи этой технологии можно из инертных газов, нагретых до температуры 2600 °C.
2. Эпитаксия. Этот способ используется для получения твердых растворов карбида кремния. В нем используется водород, предварительно очищенный от примесей при помощи диффузионных методов. Химический элемент вступает в реакцию со свободным углеродом, что приводит к образованию полупроводниковых пленок.
3. Синтез. Сырьем для получения карборунда является графит, измельченный до порошкообразного состояния. Также для получения необходимого материала можно использовать сажу с размером частиц не более 20 мкм. Синтез химических веществ происходит в твердой фазе, что обусловлено большим расстоянием между атомами углерода и кремния.
4. Приготовление шихты. Для этого метода требуются компоненты, содержащие большое количество углерода и кремния. В качестве сырья могут использоваться нанопорошки, углеводы или многоатомные спирты. Приготовление шихты осуществляется в деионизованной воде в течение 5,5 часов. Материал нагревается ступенчато до температуры 1650 °С.

Для промышленных нужд чаще всего изготавливают карбиды зеленого и черного цветов. Особенности их химического состава определены в ГОСТ 26327-84. В нем указаны 4 марки карбида кремния: 53С, 54С, 63С и 64С.

Структура и свойства

Известно примерно 250 кристаллических форм карбида кремния. Полиморфизм SiC характеризуется большим количеством схожих кристаллических структур, называемых политипами. Они являются вариациями одного и того же химического соединения, которые идентичны в двух измерениях, но отличаются в третьем. Таким образом, их можно рассматривать как слои, сложенные в стопку в определённой последовательности.

Альфа-карбид кремния (α-SiC) является наиболее часто встречающимся полиморфом. Эта модификация образуется при температуре свыше 1700 °C и имеет гексагональную решётку, кристаллическая структура типа вюрцита.