La masse molaire du carbure de silicium

Le carbure de silicium (SiC) est un composé chimique inorganique composé de silicium et de carbone, que l'on trouve à l'état naturel dans la formation minérale de la moissanite. Depuis 1893, la poudre et les cristaux de SiC sont produits en masse pour être utilisés comme abrasifs et comme composants de freins et d'embrayages en céramique à longue durée de vie.

Le SiC est composé de plusieurs polytypes ayant des structures cristallines et des bandes interdites différentes, ce qui permet d'obtenir des combinaisons variées qui se subliment à 2700 degrés Celsius. Sa couleur peut varier du jaune-vert à l'iridescence bleu-noir avant de se sublimer complètement.

Métrologie des réactions chimiques

Le carbure de silicium (SiC) est un composé chimique inorganique composé de silicium et de carbone qui n'existe à l'état naturel qu'à l'état de traces, comme la pierre précieuse moissanite. Depuis 1893, cependant, le carbure de silicium est produit en masse pour être utilisé à la fois comme matériau abrasif et comme matériau céramique pour des applications exigeant une grande durabilité, comme les gilets pare-balles. Le SiC peut être produit sous forme de poudre ou de cristaux, les deux formes étant combinées par frittage pour former des matériaux céramiques très durables aux propriétés physiques variées.

Les scientifiques ont besoin de connaître les quantités de réactifs et de produits pour déterminer le résultat des réactions chimiques, afin de calculer la quantité de matière qui sera générée par leur réaction. Pour ce faire, ils convertissent d'abord les quantités d'unités de masse (m) en moles (mol), qui mesurent le nombre d'atomes présents dans un échantillon. Ce processus de conversion entre les unités de masse et les moles est connu sous le nom de calcul de la masse molaire - un outil essentiel utilisé dans les calculs stœchiométriques.

Des équations chimiques équilibrées sont nécessaires pour respecter la loi de conservation de la masse, ce qui signifie qu'aucun atome n'est perdu ou gagné au cours d'une réaction. Elles servent également à prédire les quantités produites par des réactions données, comme la quantité de SiC qui sera produite à partir d'un apport de sable. Leurs masses molaires peuvent être déterminées à partir des rapports entre les coefficients de réaction et les masses atomiques des éléments impliqués.

Le système international d'unités se compose de sept unités fondamentales, à savoir la longueur (m), la masse (kg), le courant électrique (A), la température thermodynamique (K), la quantité de substance (volume molaire) et l'intensité lumineuse (cd). Aujourd'hui, la plupart des utilisations de la masse molaire sont liées à la production ou à l'étalonnage de constantes physiques, qui constituent la base d'autres unités SI.

Les travailleurs qui produisent du carbure de silicium utilisé comme abrasif souffrent de maladies respiratoires similaires à celles causées par l'exposition à l'amiante. Le carbure de silicium produit des particules de poussière microscopiques qui peuvent être inhalées dans les poumons, où elles provoquent une fibrose pulmonaire interstitielle diffuse ou "maladie semblable à la silicose". Une étude l'a démontré, les radiographies pulmonaires de travailleurs de la production de carbure de silicium montrant de petites opacités rondes à faible profusion ressemblant à ce qui se produit lors d'une exposition à l'amiante (alvéolite fibrosante de type crocidolite).

Préparation et optimisation des matériaux

Le carbure de silicium est un nanomatériau fonctionnel qui a de nombreuses applications dans toute une série de domaines, depuis les catalyseurs et les semi-conducteurs jusqu'aux céramiques et textiles fonctionnels. En raison de la diversité de sa morphologie microscopique et de son polymorphisme, le carbure de silicium possède un éventail extrêmement large de propriétés physiques, chimiques et électriques ; en particulier, il possède une forte résistance à la rupture du champ électrique et est hautement conducteur. En outre, en raison des températures et des tensions élevées, il constitue un excellent matériau pour l'électronique de puissance ; de plus, ses qualités d'isolation en font un matériau adapté à l'isolation des parafoudres.

La masse molaire est un facteur essentiel lors de la production du carbure de silicium, car elle fait partie de son calcul stœchiométrique pour définir sa composition et ses propriétés finales. Pour la trouver, il faut additionner les masses de tous les atomes présents dans sa formule, en multipliant la masse atomique de chaque élément par sa présence, en tenant compte de la distribution isotopique des nucléides présents et ainsi de suite - ce même processus s'applique au calcul de la masse moléculaire.

La masse molaire du carbure de silicium peut être divisée à peu près en deux par sa composition : 1,25 atome de carbone et 1,5 atome d'oxygène composent sa masse, qui peut donc servir d'indicateur de la teneur en oxygène dans les formes de carbure de silicium en poudre et en vrac. Toutefois, l'analyse de la taille des particules révèle de manière plus fiable la densité du carbure de silicium.

Le carbure de silicium a de nombreuses utilisations industrielles en raison de sa dureté et de sa résistance à l'usure, avec des applications très répandues, notamment dans les techniques d'usinage abrasif et en tant que composant additif dans les céramiques dures, les pièces automobiles, les pièces de fours à briques réfractaires et les dispositifs de production d'électricité. En outre, le carbure de silicium est de plus en plus utilisé comme substitut abordable du diamant dans les outils de coupe lors de la production de pierres synthétiques comme la moissanite.

Le carbure de silicium peut être produit à l'aide de différents procédés, notamment le frittage et le pressage à chaud. Outre ses applications industrielles, le carbure de silicium est une matière première importante dans la production de semi-conducteurs. En outre, sa résistance plus faible, sa conductivité plus élevée et sa meilleure résistance à la corrosion peuvent en faire un substitut intéressant au cuivre dans certains cas.

Prédiction des propriétés physiques

La masse molaire du carbure de silicium n'a pas d'incidence directe sur ses propriétés physiques ; toutefois, la densité, la dureté et la structure chimique sont étroitement liées. Par conséquent, connaître sa masse molaire lors de la transformation ou de la fabrication du carbure de silicium peut aider à optimiser la composition et la qualité des produits finaux.

Le calcul précis de la masse molaire d'un composé fait partie intégrante des calculs stœchiométriques qui déterminent sa composition chimique et ses propriétés physiques, ce qui peut s'avérer particulièrement difficile lorsqu'il s'agit de substances complexes comme le carbure de silicium.

Des études ont démontré que les masses molaires des composés complexes peuvent être prédites avec une grande précision en utilisant différentes approches, notamment la stœchiométrie, la thermodynamique, la cinétique et la modélisation moléculaire. Pour obtenir des résultats précis, il est essentiel d'utiliser un logiciel de calcul stœchiométrique capable de prendre en compte les effets tels que les chevauchements et les substitutions qui se produisent couramment dans les composés complexes.

Les logiciels de calcul stœchiométrique permettent de convertir les formules chimiques en masses molaires, qui peuvent à leur tour être converties en propriétés physiques telles que la dureté ou la densité. La masse molaire du carbure de silicium peut être déterminée en multipliant les masses atomiques de chaque élément avant de les additionner ; sinon, elle peut également être estimée en comparant sa masse à celle de composés analogues similaires pour lesquels il existe des données expérimentales.

Linde Engineering a fait de la recherche sur l'utilisation de la masse moléculaire pour la prédiction des propriétés physiques un domaine d'investigation actif. Ce projet a permis de produire un modèle de prédiction qui utilise la technologie de la radiofréquence (RF) pour prévoir cinq propriétés physiques pour les PPC utilisant la radiofréquence (RF). Il a été validé à l'aide de critères d'évaluation et d'une analyse d'impact spécifique aux matériaux ; ses performances ont été améliorées grâce à de nouveaux processus de catégorisation, à des techniques de prétraitement des données et à l'optimisation d'hyperparamètres ; enfin, il a été mis en œuvre dans un logiciel convivial afin d'améliorer son pouvoir prédictif ; les nouvelles données relatives aux recettes sont automatiquement introduites dans ce logiciel afin d'améliorer son pouvoir prédictif au fil du temps.

Le carbure de silicium a été découvert pour la première fois sous forme de moissanite par Edward Goodrich Acheson. Bien qu'il ne soit pas produit naturellement, le carbure de silicium doit être fabriqué et largement utilisé comme abrasif en raison de sa résistance à la corrosion, de sa stabilité chimique et de son point de fusion élevé. Toutefois, lors de sa fabrication, le carbure de silicium produit des poussières qui irritent les voies respiratoires ; des études ont également montré que les particules et les fibres de carbure de silicium provoquent une alvéolite fibrosante massive et progressive similaire à la maladie liée à l'amiante chez les sujets humains - des maladies potentiellement similaires à celles associées à l'exposition à l'amiante.

Applications

Le carbure de silicium (SiC) est un composé cristallin de silicium et de carbone extrêmement dur, produit synthétiquement. Le carbure de silicium existe à l'état naturel sous la forme d'un minéral rare, la moissanite, mais sa production de masse a commencé en 1893 sous forme de poudre ou de cristal unique pour être utilisé comme abrasif ou comme céramique technique. En raison de son extrême dureté, de sa résistance aux chocs thermiques, de sa résistance à l'usure pour les pompes et les moteurs de fusée et de ses substrats semi-conducteurs pour les diodes électroluminescentes, le SiC est largement utilisé comme matériau réfractaire dans les fours industriels et comme pièces résistantes à l'usure dans les revêtements réfractaires des fours industriels, ainsi que comme revêtements réfractaires durables dans la lapidairerie moderne.

À chaque étape de la production de SiC, il est impératif d'obtenir une connaissance précise de sa masse molaire. Ce chiffre peut être déterminé en additionnant toutes les masses atomiques impliquées et en multipliant ce total par le nombre d'atomes de chaque élément présent dans une réaction chimique. L'utilisation de cette connaissance permet d'optimiser et de contrôler la synthèse avec une plus grande précision, ce qui contribue à garantir la pureté du produit.

Une fois la masse molaire des matières premières déterminée, elles peuvent être broyées en poudre fine avant d'être mélangées à des adjuvants de frittage non oxydés et formées en pâte pour être frittées à haute température sous vide afin de renforcer les liaisons chimiques, puis refroidies, formées et façonnées selon les besoins pour la création du produit final, comme le pressage isostatique à froid ou l'extrusion.

La masse molaire des matières premières peut aider à prédire les propriétés physiques des produits finis, telles que la densité, la dureté et la conductivité thermique. Malheureusement, cette relation ne peut pas être établie directement ; d'autres informations telles que la structure cristalline ou les types de liaisons chimiques doivent également être prises en compte avant de faire des prédictions basées uniquement sur la masse molaire.

China Yafeite, en tant que producteur leader de produits et services de carbure de silicium de haute qualité, fournit une gamme de produits et services conçus pour diverses applications. Contactez-nous dès maintenant pour en savoir plus sur ces offres ; notre équipe se fera un plaisir de répondre à toutes vos questions !