Карбид алюминия
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Карбид алюминия | |
| Другие имена Тетраалюминий трикарбид | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| ChemSpider |
|
| Информационная карта ECHA | 100.013.706 |
| Номер ЕС |
|
| МеШ | Алюминий+карбид |
CID PubChem |
|
| Номер ООН | 1394 |
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| Аl4С3 | |
| Молярная масса | 143,95853 г/моль |
| Появление | бесцветные (в чистом виде) гексагональные кристаллы [1] |
| Запах | без запаха |
| Плотность | 2,36 г/см 3 [1] |
| Температура плавления | 2100 °C (3810 °F; 2370 K) |
| Точка кипения | разлагается при 1400 °C [2] |
| реагирует, чтобы сделать природный газ | |
| Структура | |
| Ромбоэдрический , hR21 , пространственная группа [2] | |
| Р 3 м（№ 166） | |
а = 0,3335 нм, б = 0,3335 нм, с = 0,85422 нм α = 78,743°, β = 78,743°, γ = 60° | |
| Термохимия | |
Теплоемкость ( С ) | 116,8 Дж/моль К |
Стандартная молярная энтропия ( S ⦵ 298 ) | 88,95 Дж/моль К |
Стандартная энтальпия образования (Δ f H ⦵ 298 ) | -209 кДж/моль |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ ) | -196 кДж/моль |
| Опасности | |
| Маркировка СГС : | |
  | |
| Предупреждение | |
| Н261 , Н315 , Н319 , Н335 | |
| Р231+Р232 , Р261 , Р264 , Р271 , Р280 , Р302+Р352 , Р304+Р340 , Р305+Р351+Р338 , Р312 , Р321 , Р332+Р313 , Р337+Р313 , Р362 , Р370+Р378 , Р402+Р404 , Р403+Р233 , Р405 , Р501 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Паспорт безопасности (SDS) | Фишер Сайентифик |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Карбид алюминия , химическая формула Al 4 C 3 , является карбидом алюминия . Имеет вид кристаллов от бледно-желтого до коричневого цвета. Устойчив до 1400 °C. Разлагается в воде с образованием метана .
Структура
Карбид алюминия имеет необычную кристаллическую структуру, которая состоит из чередующихся слоев Al 2 C и Al 2 C 2 . Каждый атом алюминия координируется с 4 атомами углерода, образуя тетраэдрическое расположение. Атомы углерода существуют в 2 различных связующих средах; одна представляет собой деформированный октаэдр из 6 атомов Al на расстоянии 217 пм . Другая представляет собой искаженную тригональную бипирамидальную структуру из 4 атомов Al на расстоянии 190–194 пм и пятого атома Al на расстоянии 221 пм. [3] [4] Другие карбиды ( номенклатура ИЮПАК : метиды ) также демонстрируют сложные структуры.
Реакции
Карбид алюминия гидролизуется с выделением метана . Реакция протекает при комнатной температуре, но быстро ускоряется при нагревании. [5]
- Al4C3 + 12H2O → 4Al ( OH ) 3 + 3CH4
Аналогичные реакции происходят и с другими протонными реагентами: [1]
- Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4
Реактивное горячее изостатическое прессование (шиппинг) при ≈40 МПа соответствующих смесей Ti, Al4C3 и графита в течение 15 часов при 1300 °C дает преимущественно однофазные образцы Ti2AlC0,5N0,5 , 30 часов при 1300 °C дает преимущественно однофазные образцы Ti2AlC ( карбид титана и алюминия ) . [6 ]
Подготовка
Карбид алюминия получают путем прямой реакции алюминия и углерода в электродуговой печи . [3]
- 4Al + 3C → Al4C3
Альтернативная реакция начинается с оксида алюминия, но она менее благоприятна из-за образования оксида углерода .
- 2 Al 2 O 3 + 9 C → Al 4 C 3 + 6 CO
Карбид кремния также реагирует с алюминием, образуя Al 4 C 3 . Это преобразование ограничивает механические применения SiC, поскольку Al 4 C 3 более хрупок, чем SiC. [7]
- 4 Al + 3 SiC → Al 4 C 3 + 3 Si
В композитах на основе алюминиевой матрицы, армированных карбидом кремния, химические реакции между карбидом кремния и расплавленным алюминием приводят к образованию слоя карбида алюминия на частицах карбида кремния, что снижает прочность материала, хотя и увеличивает смачиваемость частиц SiC. [8] Эту тенденцию можно уменьшить, покрыв частицы карбида кремния подходящим оксидом или нитридом, предварительно окислив частицы для образования кремниевого покрытия или используя слой жертвенного металла . [9]
Композитный материал алюминий-карбид алюминия может быть изготовлен методом механического легирования, путем смешивания алюминиевого порошка с частицами графита .
Происшествие
Небольшие количества карбида алюминия являются обычной примесью технического карбида кальция . При электролитическом производстве алюминия карбид алюминия образуется как продукт коррозии графитовых электродов. [10]
В композитах с металлической матрицей на основе алюминиевой матрицы, армированной неметаллическими карбидами ( карбид кремния , карбид бора и т. д.) или углеродными волокнами , карбид алюминия часто образуется как нежелательный продукт. В случае углеродного волокна он реагирует с алюминиевой матрицей при температурах выше 500 °C; лучшее смачивание волокна и ингибирование химической реакции может быть достигнуто путем покрытия его, например, боридом титана . [ требуется цитата ]
Приложения
Частицы карбида алюминия, тонко диспергированные в алюминиевой матрице, снижают тенденцию материала к ползучести , особенно в сочетании с частицами карбида кремния . [11]
Карбид алюминия может использоваться в качестве абразива в высокоскоростных режущих инструментах . [12] Он имеет примерно такую же твердость, как топаз . [13]
Смотрите также
Ссылки
- ^ abc Мэри Иглсон (1994). Краткая энциклопедия химии . Вальтер де Грюйтер. стр. 52. ISBN 978-3-11-011451-5.
- ^ Аб Гесинг, ТМ; Джейчко, В. (1995). «Кристаллическая структура и химические свойства U2Al3C4 и уточнение структуры Al4C3». 50 . Zeitschrift für Naturforschung B, Журнал химических наук : 196–200.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует|journal=( помощь ) - ^ ab Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 297. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ Соложенко, Владимир Л.; Куракевич, Александр О. (2005). «Уравнение состояния карбида алюминия Al4C3». Solid State Communications . 133 (6): 385–388. Bibcode : 2005SSCom.133..385S. doi : 10.1016/j.ssc.2004.11.030. ISSN 0038-1098.
- ^ качественный неорганический анализ. Архив CUP. 1954. стр. 102.
- ^ Barsoum, MW; El-Raghy, T.; Ali, M. (30 июня 1999 г.). «Обработка и характеристика Ti2AlC, Ti2AlN и Ti2AlC0.5N0.5». Metallurgical and Materials Transactions A. 31 ( 7): 1857–1865. doi :10.1007/s11661-006-0243-3. S2CID 138590417.
- ^ Дебора DL Chung (2010). Композитные материалы: функциональные материалы для современных технологий. Springer. стр. 315. ISBN 978-1-84882-830-8.
- ^ Урена; Салазар, Гомес Де; Гил; Эскалера; Балдонедо (1999). «Исследование микроструктурных изменений, происходящих в композитах на основе алюминиевой матрицы, армированных частицами SiC во время литья и сварки, с помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии: реакции на границе раздела». Журнал микроскопии . 196 (2): 124–136. doi :10.1046/j.1365-2818.1999.00610.x. PMID 10540265. S2CID 24683423.
- ^ Гильермо Рекена. "A359/SiC/xxp: сплав A359 Al, армированный частицами SiC неправильной формы". Композиты с металлической матрицей MMC-ASSESS. Архивировано из оригинала 2007-08-15 . Получено 2007-10-07 .
- ^ Джомар Тонстад; и др. (2001). Электролиз алюминия: основы процесса Холла-Эру, 3-е изд . Алюминий-Верлаг. п. 314. ИСБН 978-3-87017-270-1.
- ^ SJ Zhu; LM Peng; Q. Zhou; ZY Ma; K. Kucharova; J. Cadek (1998). "Поведение ползучести алюминия, упрочненного мелкими частицами карбида алюминия и армированного частицами карбида кремния DS Al-SiC/Al4C3composites". Acta Technica CSAV (5): 435–455. Архивировано из оригинала (аннотация) 22.02.2005.
- ^ Джонатан Джеймс Сейвкер и др. «Высокоскоростной режущий инструмент» Патент США 6,033,789 , Дата выдачи: 7 марта 2000 г.
- ^ Э. Питш, изд.: «Gmelins Hanbuch der anorganischen Chemie: Aluminium, Teil A», Verlag Chemie, Берлин, 1934–1935.
