Ալյումինի կարբիդ
| Ենթակատեգորիա | քիմիական միացություն | |
|---|---|---|
| Զանգված | 143,92615452 զանգվածի ատոմական միավոր | |
| Քիմիական բանաձև | Al₄C₃ | |
| SMILES կանոնավոր բանաձև | [Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[C-4].[C-4].[C-4] | |
| Հալման ջերմաստիճան | 2100 °C | |
| Բյուրեղային համակարգ | եռանկյունային բյուրեղային համակարգ | |
| Կազմված է | ալյումին, ածխածին | |
Ալյումինի կարբիդ, քիմիական բանաձևը Al4C3՝ ալյումինի կարբիդն է: Այն ունի բաց դեղինից մինչև շագանակագույն բյուրեղների տեսք։ Կայուն է մինչև 1400 °C: Այն ջրում քայքայվում է մեթանի արտադրությամբ։
Կառուցվածք
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Ալյումինի կարբիդն ունի անսովոր բյուրեղային կառուցվածք, որը բաղկացած է Al2C-ի և Al2C2-ի փոփոխվող շերտերից: Ալյումինի յուրաքանչյուր ատոմ կոորդինացված է ածխածնի 4 ատոմների հետ՝ քառաեզր դասավորություն տալու համար: Ածխածնի ատոմները գոյություն ունեն 2 տարբեր կապող միջավայրերում. մեկը ալյումինի 6 ատոմներից կազմված դեֆորմացված ութանիստ է 217 պիկոմետր հեռավորության վրա: Մյուսը աղավաղված եռանկյուն երկպիրամիդային կառուցվածք է՝ բաղկացած ալյումինի 4 ատոմներից համապատասխան 190–194 պիկոմետրին և ալյումինի հինգերորդ ատոմը՝ 221 պիկոմետրին[1][2]։ Մյուս կարբիդները (IUPAC նոմենկլատուրա՝ մեթիդներ) նույնպես ունեն բարդ կառուցվածք։
Ռեակցիաներ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Ալյումինի կարբիդը հիդրոլիզվում է մեթանի էվոլյուցիայի հետ: Ռեակցիան ընթանում է սենյակային ջերմաստիճանում, բայց տաքացման միջոցով արագ արագանում է[3]։
- Al4C3 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4
Նմանատիպ ռեակցիաները տեղի են ունենում այլ պրոտիկ ռեագենտների հետ[4]․
- Al4C3 + 12 HCl → 4 AlCl3 + 3 CH4
Ռեակտիվ տաք իզոստատիկ սեղմում (խփում) ≈40 ՄՊա Ti, Al4C3 գրաֆիտի համապատասխան խառնուրդների վրա, 15 ժամ 1300 °C ջերմաստիճանում, ստացվում է Ti2AlC0.5N0.5-ի գերակշռող միաֆազ նմուշներ, 30 ժամ 1300 °C նախնական ելքի դեպքում Ti2AlC0.5N0.5 (տիտանի ալյումինի կարբիդ) փուլային նմուշներ[5]։
Ստացում
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Ալյումինի կարբիդը առաջանում է ալյումինի և ածխածնի անմիջական արձագանքով էլեկտրական աղեղային վառարանում[1]։
- 4 Al + 3 C → Al4C3
Այլընտրանքային ռեակցիան սկսվում է կավահողից, սակայն այն ավելի քիչ բարենպաստ է ածխածնի մոնօքսիդի առաջացման պատճառով:
- 2 Al2O3 + 9 C → Al4C3 + 6 CO
Սիլիցիումի կարբիդը նույնպես փոխազդում է ալյումինի հետ՝ առաջացնելով Al4C3: Այս փոխակերպումը սահմանափակում է SiC-ի մեխանիկական կիրառությունները, քանի որ Al4C3-ն ավելի փխրուն է, քան SiC-ն[6]։
- 4 Al + 3 SiC → Al4C3 + 3 Si
Սիլիցիումի կարբիդով ամրացված ալյումինի մատրիցային կոմպոզիտներում սիլիցիումի կարբիդի և հալած ալյումինի միջև քիմիական ռեակցիաները առաջացնում են ալյումինի կարբիդի շերտ սիլիցիումի կարբիդի մասնիկների վրա, ինչը նվազեցնում է նյութի ուժը, թեև մեծացնում է SiC մասնիկների թրջելիությունը[7]։ Այս միտումը կարելի է նվազեցնել՝ սիլիցիումի կարբիդի մասնիկները պատելով համապատասխան օքսիդով կամ նիտրիդով, մասնիկների նախաօքսիդացում՝ սիլիցիումի ծածկույթ ստեղծելու համար, կամ օգտագործելով մետաղի շերտ[8]։
Ալյումին-ալյումինի կարբիդ կոմպոզիտային նյութ կարելի է պատրաստել մեխանիկական համաձուլվածքով, ալյումինի փոշին գրաֆիտի մասնիկների հետ խառնելով։
Արտադրություն
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Ալյումինի կարբիդի փոքր քանակությունը տեխնիկական կալցիումի կարբիդի ընդհանուր խառնուրդն է: Ալյումինի էլեկտրոլիտային արտադրության մեջ ալյումինի կարբիդը ձևավորվում է որպես գրաֆիտի էլեկտրոդների կոռոզիայից արտադրանք[9]։
Ոչ մետաղական կարբիդներով (սիլիցիումի կարբիդ, բորի կարբիդ և այլն) կամ ածխածնային մանրաթելերով ամրացված ալյումինի մատրիցով հիմնված մետաղական մատրիցային կոմպոզիտներում, ալյումինի կարբիդը հաճախ ձևավորվում է որպես անցանկալի արտադրություն: Ածխածնային մանրաթելի դեպքում այն փոխազդում է ալյումինի մատրիցայով 500 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում, մանրաթելի ավելի լավ թրջումը և քիմիական ռեակցիայի արգելակումը կարելի է ստանալ՝ այն ծածկելով, օրինակ. տիտանի բորիդով:[փա՞ստ]
Հավելված
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Ալյումինի կարբիդի մասնիկները, որոնք մանր ցրված են ալյումինի մատրիցայով, նվազեցնում են նյութի հոսունությունը, հատկապես սիլիցիումի կարբիդի մասնիկների հետ համատեղ[10]։ Այն ունի մոտավորապես նույն կարծրությունը, ինչ տոպազը[11]։
Ծանոթագրություններ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]- ↑ 1,0 1,1 Gesing, T. M.; Jeitschko, W. (1995). "The Crystal Structure and Chemical Properties of U2Al3C4 and Structure Refinement of Al4C3". 50. Zeitschrift für Naturforschung B, A journal of chemical sciences: 196–200.
- ↑ 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. էջ 102.
- ↑ Mary Eagleson (1994). Concise encyclopedia chemistry. Walter de Gruyter. էջ 52. ISBN 978-3-11-011451-5.
- ↑ 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. S2CID 138590417.
- ↑ Deborah D. L. Chung (2010). Composite Materials: Functional Materials for Modern Technologies. Springer. էջ 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. S2CID 24683423.
- ↑ Guillermo Requena. «A359/SiC/xxp: A359 Al alloy reinforced with irregularly shaped SiC particles». MMC-ASSESS Metal Matrix Composites. Արխիվացված է օրիգինալից 2007-08-15-ին. Վերցված է 2007-10-07-ին.
- ↑ Jomar Thonstad; և այլք: (2001). Aluminum Electrolysis : Fundamentals of the Hall-Héroult Process 3rd ed. Aluminum-Verlag. էջ 314. ISBN 978-3-87017-270-1.
- ↑ Jonathan James Saveker et al. "High speed cutting tool" U.S. patent 6033789, Issue date: Mar 7, 2000
- ↑ E. Pietsch, ed.: "Gmelins Hanbuch der anorganischen Chemie: Aluminum, Teil A", Verlag Chemie, Berlin, 1934–1935.