Карбид алюминия
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Карбид алюминия | |
| Другие имена Трикарбид тетраалюминия | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.013.706 |
| Номер ЕС |
|
| МеШ | Алюминий+карбид |
ПабХим CID | |
| Число | 1394 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Ал 4 С 3 | |
| Молярная масса | 143.95853 g/mol |
| Появление | бесцветные (в чистом виде) шестиугольные кристаллы [1] |
| Запах | без запаха |
| Плотность | 2,36 г/см 3 [1] |
| Температура плавления | 2100 ° C (3810 ° F; 2370 К) |
| Точка кипения | разлагается при 1400 °C [2] |
| реагирует с образованием природного газа | |
| Структура | |
| Ромбоэдрический , hR21 , пространственная группа [2] | |
| Р 3 м（Нет. 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 |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 88,95 Дж/моль К |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | -209 кДж/моль |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ ) | -196 кДж/моль |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
  | |
| Предупреждение | |
| Х261 , Х315 , Х319 , Х335 | |
| P231+P232 , P261 , P264 , P271 , P280 , P302+P352 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P312 , P321 , P332+P313 , P337+P313 , P362 , P370+P378 , P402+P404 , P403+ П233 , П405 , П501 | |
| 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 , представляет собой карбид алюминия , . Он имеет вид кристаллов от бледно-желтого до коричневого цвета. Стабилен до 1400°C. Разлагается в воде с образованием метана.
Структура
[ редактировать ]Карбид алюминия имеет необычную кристаллическую структуру, состоящую из чередующихся слоев Al 2 C и Al 2 C 2 . Каждый атом алюминия координирован с 4 атомами углерода, образуя тетраэдрическое расположение. Атомы углерода существуют в двух разных средах связывания; один представляет собой деформированный октаэдр из 6 атомов Al на расстоянии 217 пм . Другой представляет собой искаженную тригонально-бипирамидальную структуру из 4 атомов Al в положении 190–194 пм и пятого атома Al в положении 221 пм. [3] [4] Другие карбиды ( ИЮПАК номенклатура : метиды ) также имеют сложную структуру.
Реакции
[ редактировать ]Карбид алюминия гидролизуется с выделением метана . Реакция протекает при комнатной температуре, но быстро ускоряется при нагревании. [5]
- Al 4 C 3 + 12 H 2 O → 4 Al(OH) 3 + 3 CH 4
Подобные реакции происходят и с другими протонными реагентами: [1]
- Al 4 C 3 + 12 HCl → 4 AlCl 3 + 3 CH 4
Реактивное горячее изостатическое прессование (гиппинг) при ≈40 МПа соответствующих смесей Ti, Al 4 C 3 графита, в течение 15 часов при 1300 °С дает преимущественно однофазные образцы Ti 2 AlC 0,5 N 0,5 , 30 часов при 1300 °С. C дает преимущественно однофазные образцы Ti 2 AlC ( алюмокарбид титана ). [6]
Подготовка
[ редактировать ]Карбид алюминия получают прямой реакцией алюминия и углерода в электродуговой печи . [3]
- 4Ал + 3С 4С3 → Ал
Альтернативная реакция начинается с оксида алюминия, но она менее выгодна из-за образования оксида углерода .
- 2 Al 2 O 3 + 9 C → Al 4 C 3 + 6 CO
Карбид кремния также реагирует с алюминием с образованием Al 4 C 3 . Это преобразование ограничивает механическое применение SiC, поскольку Al 4 C 3 более хрупкий, чем SiC. [7]
- 4 Al + 3 SiC → Al 4 C 3 + 3 Si
В композитах с алюминиевой матрицей, армированных карбидом кремния, в результате химических реакций между карбидом кремния и расплавленным алюминием на частицах карбида кремния образуется слой карбида алюминия, что снижает прочность материала, хотя и увеличивает смачиваемость частиц SiC. [8] Эту тенденцию можно уменьшить путем покрытия частиц карбида кремния подходящим оксидом или нитридом, предварительного окисления частиц с образованием покрытия из диоксида кремния или использования слоя жертвенного металла . [9]
Композиционный материал алюминий-карбид алюминия может быть изготовлен методом механического легирования путем смешивания алюминиевого порошка с графита частицами .
возникновение
[ редактировать ]Небольшие количества карбида алюминия являются распространенной примесью технического карбида кальция . При электролитическом производстве алюминия карбид алюминия образуется как продукт коррозии графитовых электродов. [10]
В металломатричных композитах на основе алюминиевой матрицы, армированной карбидами неметаллов ( карбид кремния , карбид бора и др.) или углеродными волокнами , карбид алюминия часто образуется как нежелательный продукт. В случае углеродного волокна оно реагирует с алюминиевой матрицей при температуре выше 500 °C; лучшего смачивания волокна и ингибирования химической реакции можно добиться, покрыв его, например, боридом титана . [ нужна ссылка ]
Приложения
[ редактировать ]Частицы карбида алюминия, тонко диспергированные в алюминиевой матрице, снижают склонность материала к ползучести , особенно в сочетании с карбида кремния . частицами [11]
Карбид алюминия можно использовать в качестве абразива в высокоскоростных режущих инструментах . [12] Он имеет примерно такую же твердость, как топаз . [13]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Мэри Иглсон (1994). Краткая энциклопедия по химии . Вальтер де Грюйтер. п. 52 . ISBN 978-3-11-011451-5 .
- ^ Jump up to: а б 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}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Jump up to: а б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 297. ИСБН 978-0-08-037941-8 .
- ^ Соложенко Владимир Леонидович; Куракевич, Александр О. (2005). «Уравнение состояния карбида алюминия Al4C3». Твердотельные коммуникации . 133 (6): 385–388. Бибкод : 2005SSCom.133..385S . дои : 10.1016/j.ssc.2004.11.030 . ISSN 0038-1098 .
- ^ качественный неорганический анализ . Архив Кубка. 1954. с. 102.
- ^ Барсум, МВт; Эль-Раги, Т.; Али, М. (30 июня 1999 г.). «Обработка и определение характеристик Ti2AlC, Ti2AlN и Ti2AlC0,5N0,5». Металлургические и сырьевые операции А . 31 (7): 1857–1865. дои : 10.1007/s11661-006-0243-3 . S2CID 138590417 .
- ^ Дебора Д.Л. Чунг (2010). Композиционные материалы: функциональные материалы для современных технологий . Спрингер. п. 315. ИСБН 978-1-84882-830-8 .
- ^ Урена; Салазар, Гомес Де; Гил; Эскалера; Бальдонедо (1999). «Исследование микроструктурных изменений, происходящих в алюминиевых матричных композитах, армированных частицами SiC, в процессе литья и сварки с помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии: интерфейсные реакции». Журнал микроскопии . 196 (2): 124–136. дои : 10.1046/j.1365-2818.1999.00610.x . ПМИД 10540265 . S2CID 24683423 .
- ^ Гильермо Рекена. «A359/SiC/xxp: сплав Al A359, армированный частицами SiC неправильной формы» . MMC-ASSESS Металломатричные композиты. Архивировано из оригинала 15 августа 2007 г. Проверено 7 октября 2007 г.
- ^ Йомар Тонстад; и др. (2001). Электролиз алюминия: основы процесса Холла-Эру, 3-е изд . Алюминий-Верлаг. п. 314. ИСБН 978-3-87017-270-1 .
- ^ С. Дж. Чжу; Л. М. Пэн; В. Чжоу; З.Ы. Ма; К. Кучарова; Дж. Кадек (1998). «Ползучесть алюминия, упрочненного мелкими частицами карбида алюминия и армированного частицами карбида кремния, композиты DS Al-SiC/Al4C3» . Acta Technica CSAV (5): 435–455. Архивировано из оригинала (аннотация) 22 февраля 2005 г.
- ^ Джонатан Джеймс Сейвкер и др. «Высокоскоростной режущий инструмент» Патент США № 6 033 789 , дата выдачи: 7 марта 2000 г.
- ^ Э. Питш, изд.: «Справочник Гмелина по неорганической химии: Алюминий, Часть A», Verlag Chemie, Берлин, 1934–1935.