Алуминиум карбид
Алуминиум карбид, хемиска формула Al4C3, е карбид на алуминиум. Има изглед на бледожолти до кафени кристали. Стабилен е до 1400 година °C. Се распаѓа во вода со производство на метан.
Структура уреди
Алуминиум карбид има необична кристална структура која се состои од наизменични слоеви на Al2C и Al2C2. Секој алуминиумски атом е координиран со 4 јаглеродни атоми за да се добие тетраедарски распоред. Јаглеродните атоми постојат во 2 различни сврзувачки средини; едниот е деформиран октаедар од 6 атоми Al на растојание од 217 pm. Другата е искривена тригонална бипирамидална структура од 4 атоми Al во 190-194 pm и петти Al атом во 221 pm.[1] Други карбиди (номенклатура на IUPAC : метиди ) исто така покажуваат сложени структури.
Реакции уреди
Алуминиум карбид се хидролизира со еволуција на метан . Реакцијата продолжува на собна температура, но брзо се забрзува со загревање.[2]
- Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4
Слични реакции се случуваат и со други протички реагенси:
- Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4
Реактивно топло изостатско пресување (кокање) на ≈40 MPa на соодветни мешавини на Ti, Al4C3 графит, 15 часа на 1300 °C дава претежно еднофазни примероци на Ti2AlC0,5N0,5, 30 часа на 1300 °C дава претежно еднофазни примероци на Ti2AlC ( титаниум алуминиум карбид ).[3]
Подготовка уреди
Алуминиум карбид се подготвува со директна реакција на алуминиум и јаглерод во електрична лачна печка.[4]
- 4Al+ 3C → Al4C3
Алтернативна реакција започнува со алумина, но таа е понеповолна поради создавањето на јаглерод моноксид .
- 2Al2О3 + 9C → Al4C3 + 6CO
Силициум карбид исто така реагира со алуминиум за да добие Al4C3. Оваа конверзија ги ограничува механичките примени на SiC, бидејќи Al 4 C 3 е покршлив од SiC.[5]
- 4Al + 3SiC → Al4C3 + 3Si
Кај композитите со алуминиумска матрица засилени со силициум карбид, хемиските реакции помеѓу силициум карбид и стопениот алуминиум генерираат слој од алуминиум карбид на честичките од силициум карбид, што ја намалува јачината на материјалот, иако ја зголемува влажноста на честичките SiC.[6] Оваа тенденција може да се намали со премачкување на честичките од силициум карбид со соодветен оксид или нитрид, преоксидација на честичките за да се формира силикатна обвивка или со користење на слој од жртвен метал .[7]
Композитен материјал од алуминиум-алуминиум карбид може да се направи со механичко легирање, со мешање на алуминиумски прав со честички од графит .
Појава уреди
Мали количини на алуминиум карбид се вообичаена нечистотија на техничкиот калциум карбид . Во електролитичкото производство на алуминиум, алуминиум карбид се формира како производ на корозија на графитните електроди.[8]
Кај композитите од метална матрица базирана на алуминиумска матрица засилена со неметални карбиди ( силициум карбид, бор карбид, итн.) или јаглеродни влакна, алуминиум карбид често се формира како несакан производ. Во случај на јаглеродни влакна, тој реагира со алуминиумската матрица на температури над 500 °C; подобро навлажнување на влакното и инхибиција на хемиската реакција може да се постигне со премачкување со на пр. титаниум борид .
Апликации уреди
Алуминиум карбид може да се користи како абразив во алати за сечење со голема брзина.[9] Има приближно иста цврстина како топазот.[10]
Наводи уреди
- ↑ Solozhenko, Vladimir L.; Kurakevych, Oleksandr O. (2005). „Equation of state of aluminum carbide Al4C3“. Solid State Communications. 133 (6): 385–388. Bibcode:2005SSCom.133..385S. doi:10.1016/j.ssc.2004.11.030. ISSN 0038-1098.
- ↑ qualitative inorganic analysis. CUP Archive. 1954. стр. 102.
- ↑ Barsoum, M.W.; El-Raghy, T.; Ali, M. (30 June 1999). „Processing and characterization of Ti2AlC, Ti2AlN, and Ti2AlC0.5N0.5“. Metallurgical and Materials Transactions A. 31 (7): 1857–1865. doi:10.1007/s11661-006-0243-3.
- ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2. изд.). Butterworth-Heinemann. стр. 297. ISBN 0080379419.Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997).
- ↑ Deborah D. L. Chung (2010). Composite Materials: Functional Materials for Modern Technologies. Springer. стр. 315. ISBN 978-1-84882-830-8.
- ↑ Urena; Salazar, Gomez De; Gil; Escalera; Baldonedo (1999). „Scanning and transmission electron microscopy study of the microstructural changes occurring in aluminium matrix composites reinforced with SiC particles during casting and welding: interface reactions“. Journal of Microscopy. 196 (2): 124–136. doi:10.1046/j.1365-2818.1999.00610.x. PMID 10540265.
- ↑ Guillermo Requena. „A359/SiC/xxp: A359 Al alloy reinforced with irregularly shaped SiC particles“. MMC-ASSESS Metal Matrix Composites. Архивирано од изворникот на 2007-08-15. Посетено на 2007-10-07.
- ↑ Jomar Thonstad; и др. (2001). Aluminum Electrolysis : Fundamentals of the Hall-Héroult Process 3rd ed. Aluminum-Verlag. стр. 314. ISBN 978-3-87017-270-1.
- ↑ Jonathan James Saveker et al.
- ↑ E. Pietsch, ed.: "Gmelins Hanbuch der anorganischen Chemie: Aluminium, Teil A", Verlag Chemie, Berlin, 1934–1935.