Molární hmotnost karbidu křemíku

Karbid křemíku (SiC) je anorganická chemická sloučenina složená z křemíku a uhlíku, která se přirozeně vyskytuje v minerálu moissanitu. Od roku 1893 se prášek a krystal SiC masově vyrábí pro použití jako brusivo a součást keramických brzd a spojek s dlouhou životností.

SiC se skládá z několika polytypů s různou krystalovou strukturou a pásmovou mezerou, což vytváří různé kombinace, které sublimují při teplotě 2700 °C. Před úplnou sublimací může mít barvu od žlutozelené až po modročernou duhovku.

Metrologie chemických reakcí

Karbid křemíku (SiC) je anorganická chemická sloučenina složená z křemíku a uhlíku, která se v přírodě vyskytuje pouze ve stopovém množství, jako drahokam moissanit. Od roku 1893 však probíhá masová výroba SiC, který se používá jako brusný materiál i jako keramický materiál pro aplikace vyžadující vysokou odolnost, jako jsou neprůstřelné vesty. SiC lze vyrábět buď ve formě prášku, nebo krystalů - obě formy se kombinují spékáním a vytvářejí vysoce odolné keramické materiály s různými fyzikálními vlastnostmi.

Vědci potřebují znát množství reaktantů i produktů, aby mohli určit výsledek chemických reakcí a vypočítat, kolik materiálu vznikne jejich reakcí. Za tímto účelem nejprve převedou množství z hmotnostních jednotek (m) na moly (mol), které udávají počet atomů přítomných ve vzorku. Tento proces převodu mezi hmotnostními jednotkami a moly je znám jako výpočet molární hmotnosti - základní nástroj používaný při stechiometrických výpočtech.

Vyvážené chemické rovnice jsou nezbytné pro dodržení zákona zachování hmotnosti, což znamená, že při žádné reakci nedochází ke ztrátě nebo získání atomů. Slouží také k předpovědi množství, které vznikne při daných reakcích, například kolik SiC se vyrobí ze vstupního písku. Jejich molární hmotnosti lze určit z poměrů mezi reakčními koeficienty a atomovými hmotnostmi zúčastněných prvků.

Mezinárodní soustava jednotek se skládá ze sedmi základních jednotek, mezi které patří délka (m), hmotnost (kg), elektrický proud (A), termodynamická teplota (K), látkové množství (molární objem) a svítivost (cd). V současné době se molární hmotnost nejčastěji používá k výrobě nebo kalibraci fyzikálních konstant, které jsou základem pro ostatní jednotky SI.

Bylo zjištěno, že pracovníci, kteří vyrábějí karbid křemíku pro použití jako brusivo, trpí podobnými respiračními onemocněními jako pracovníci vystavení azbestu. Karbid křemíku produkuje mikroskopické prachové částice, které mohou být vdechnuty do plic, kde způsobují difúzní intersticiální plicní fibrózu nebo "onemocnění podobné silikóze". Prokázala to studie, na níž rentgenové snímky hrudníku pracovníků výroby karbidu křemíku vykazovaly malé kruhové opacity s nízkou profuzí, které se podobají tomu, co se vyskytuje při expozici azbestu (fibrózní alveolitida krokodýlího typu).

Příprava a optimalizace materiálu

Karbid křemíku je funkční nanomateriál s mnoha aplikacemi v různých oblastech, od katalyzátorů a polovodičů až po funkční keramiku a funkční textilie. Díky své rozmanité mikroskopické morfologii a polymorfismu má karbid křemíku mimořádně širokou škálu fyzikálních, chemických a elektrických vlastností; konkrétně má vysokou průraznost elektrickým polem a je také vysoce vodivý. Kromě toho je vzhledem k vysokým teplotám a napětím vynikajícím materiálem pro výkonovou elektroniku; navíc je díky svým izolačním vlastnostem vhodný jako izolační materiál pro bleskojistky.

Molární hmotnost je při výrobě karbidu křemíku zásadním faktorem, protože je součástí stechiometrického výpočtu, který určuje jeho konečné složení a vlastnosti. Chcete-li ji zjistit, spočítejte všechny hmotnosti všech atomů přítomných ve vzorci; vynásobte atomovou hmotnost každého prvku jeho přítomností; zohledněte izotopické rozložení přítomných nuklidů atd. - stejný postup se použije při výpočtu molekulové hmotnosti.

Molární hmotnost karbidu křemíku lze rozdělit zhruba na polovinu podle jeho složení; jeho hmotnost tvoří 1,25 atomu uhlíku a 1,5 atomu kyslíku, takže může sloužit jako indikátor obsahu kyslíku v práškové a sypké formě karbidu křemíku. Analýza velikosti částic však spolehlivěji odhalí hustotu SiC.

Karbid křemíku má díky své tvrdosti a odolnosti proti opotřebení četné průmyslové využití, včetně abrazivních obráběcích technik a jako přídavná složka v tvrdé keramice, automobilových dílech, žáruvzdorných cihlářských pecích a elektrických zařízeních. Kromě toho se karbid křemíku stále častěji používá jako cenově dostupná náhrada diamantu v řezných nástrojích při výrobě syntetických drahokamů, jako je moissanit.

Karbid křemíku lze vyrábět různými postupy, včetně slinování a lisování za tepla. Vedle průmyslových aplikací slouží karbid křemíku jako důležitá surovina při výrobě polovodičů. Kromě toho může být díky nižšímu odporu, vyšší vodivosti a lepší odolnosti proti korozi v některých případech atraktivní náhradou mědi.

Předpověď fyzikálních vlastností

Molární hmotnost karbidu křemíku nemá přímý vliv na jeho fyzikální vlastnosti; hustota, tvrdost a chemická struktura však spolu úzce souvisejí. Proto může znalost molární hmotnosti při zpracování nebo výrobě karbidu křemíku pomoci optimalizovat složení a kvalitu konečných výrobků.

Přesný výpočet molární hmotnosti sloučeniny je nedílnou součástí stechiometrických výpočtů, které určují její chemické složení a fyzikální vlastnosti; to může být zvláště náročné u složitých látek, jako je karbid křemíku.

Studie prokázaly, že molární hmotnosti složitých sloučenin lze předpovědět s vysokou přesností pomocí různých přístupů, včetně stechiometrie, termodynamiky, kinetiky a molekulového modelování. Pro dosažení přesných výsledků je životně důležité používat software pro stechiometrické výpočty, který je schopen zohlednit efekty, jako jsou překryvy a substituce, které se v komplexních sloučeninách běžně vyskytují.

Software pro stechiometrické výpočty lze použít k převodu chemických vzorců na molární hmotnosti, které lze následně převést zpět na fyzikální vlastnosti, jako je tvrdost nebo hustota. Molární hmotnost karbidu křemíku lze určit vynásobením atomových hmotností jednotlivých prvků před jejich sečtením; jinak ji lze také odhadnout porovnáním s hmotností podobných analogických sloučenin, pro které existují experimentální údaje.

Společnost Linde Engineering se aktivně věnuje výzkumu využití molekulové hmotnosti pro předpověď fyzikálních vlastností a v rámci tohoto projektu byl vytvořen předpovědní model, který využívá radiofrekvenční technologii (RF) k předpovědi pěti fyzikálních vlastností PPC pomocí radiofrekvence (RF). Byl ověřen pomocí hodnotících kritérií a analýzy dopadu na konkrétní materiál; jeho výkonnost byla dále zvýšena pomocí nových procesů kategorizace, technik předzpracování dat a optimalizace hyperparametrů; nakonec byl implementován do uživatelsky přívětivého softwaru, aby se zvýšila jeho predikční schopnost; do tohoto softwaru jsou automaticky vkládána nová data o recepturách, aby se jeho predikční schopnost v průběhu času zvýšila.

Karbid křemíku byl poprvé objeven jako minerál moissanit Edwardem Goodrichem Achesonem. Ačkoli se karbid křemíku v přírodě nevyrábí, musí se vyrábět a široce používat jako brusivo díky své odolnosti vůči korozi, chemické stabilitě a vysokému bodu tání. Při výrobě však karbid křemíku produkuje prach, který při výrobě dráždí dýchací cesty; provedené studie rovněž uvádějí, že částice a vlákna karbidu křemíku způsobují u lidí progresivní masivní fibrózní alveolitidu podobnou onemocnění souvisejícímu s azbestem - tedy potenciálně podobná onemocnění spojená s expozicí azbestu.

Aplikace

Karbid křemíku (SiC) je extrémně tvrdá, synteticky vyráběná krystalická sloučenina křemíku a uhlíku. Zatímco SiC se v přírodě vyskytuje jako vzácný minerál moissanit, masová výroba začala v roce 1893 ve formě prášku nebo monokrystalu pro použití jako brusivo nebo technická keramika. Díky své extrémní tvrdosti, odolnosti proti tepelným šokům, odolnosti proti opotřebení u čerpadel a raketových motorů a polovodičových substrátů ve světelných diodách; SiC se široce používá jako žáruvzdorný materiál pro průmyslové pece a opotřebení odolné součásti jako žáruvzdorné vyzdívky v průmyslových pecích a také jako odolné žáruvzdorné vyzdívky v moderním lapidáriu.

V každém kroku výroby SiC je nezbytné získat přesné informace o jeho molární hmotnosti. Tento údaj lze určit sečtením všech zúčastněných atomových hmotností a vynásobením tohoto součtu počtem atomů každého prvku přítomného v chemické reakci; využití těchto znalostí umožňuje optimalizovat a přesněji řídit syntézu, což pomáhá zajistit čistý produkt.

Po stanovení molární hmotnosti surovin je lze rozemlít na jemný prášek a poté smíchat s neoxidovými spékacími přísadami a vytvořit z nich pastu pro spékání při vysoké teplotě ve vakuu, aby se posílily chemické vazby, a poté ji ochladit, zformovat a vytvarovat podle potřeby pro vytvoření konečného výrobku, například izostatickým lisováním za studena nebo vytlačováním.

Molární hmotnost surovin může pomoci předpovědět fyzikální vlastnosti jejich hotových výrobků, jako je hustota, tvrdost a tepelná vodivost. Bohužel však tento vztah nelze odvodit přímo; při předpovědích založených pouze na molární hmotnosti je třeba vzít v úvahu i další informace, jako je krystalová struktura nebo typy chemických vazeb.

Společnost China Yafeite, přední výrobce vysoce kvalitních výrobků a služeb z karbidu křemíku, poskytuje řadu výrobků a služeb určených pro různé aplikace. Kontaktujte nás nyní a získejte více informací o těchto nabídkách; náš tým vám rád zodpoví všechny vaše dotazy!