Карбид алюминия , химическая формула Al 4 C 3 , является карбидом из алюминия . Имеет вид кристаллов от бледно-желтого до коричневого цвета. Он стабилен до 1400 ° C. Он разлагается в воде с образованием метана.
Имена | |
---|---|
Предпочтительное название IUPAC Карбид алюминия | |
Другие названия Карбид алюминия | |
Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.013.706 |
Номер ЕС |
|
MeSH | Алюминий + карбид |
PubChem CID | |
Номер ООН | ООН 1394 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Характеристики | |
Al 4 C 3 | |
Молярная масса | 143,95853 г / моль |
Появление | бесцветные (в чистом виде) гексагональные кристаллы [1] |
Запах | без запаха |
Плотность | 2,93 г / см 3 [1] |
Температура плавления | 2200 ° С (3990 ° F, 2470 К) |
Точка кипения | разлагается при 1400 ° C [2] |
реагирует на выработку природного газа | |
Состав | |
Ромбоэдрический , hR21 , пространственная группа R 3 m, № 166. a = 0,3335 нм, b = 0,3335 нм, c = 0,85422 нм, α = 78,743 °, β = 78,743 °, γ = 60 ° [2] | |
Термохимия | |
Теплоемкость ( C ) | 116,8 Дж / моль К |
Стандартная мольная энтропия ( S | 88,95 Дж / моль К |
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 ) | -209 кДж / моль |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ˚) | -196 кДж / моль |
Опасности | |
Пиктограммы GHS | |
Сигнальное слово GHS | Предупреждение |
H261 , H315 , H319 , H335 | |
P231 + 232 , Р261 , Р264 , Р271 , Р280 , Р302 + 352 , Р304 + 340 , P305 + 351 + 338 , P312 , P321 , P332 + 313 , P337 + 313 , P362 , P370 + 378 , P402 + 404 , P403 + 233 , P405 , P501 | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Состав
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 2 различных связывающих средах; один - деформированный октаэдр из 6 атомов Al на расстоянии 217 пм . Другой - искаженная тригонально-бипирамидальная структура из 4 атомов Al при 190–194 пм и пятого атома Al при 221 пм. [3] [4] Другие карбиды ( номенклатура IUPAC : метиды ) также имеют сложную структуру.
Реакции
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 с другими протонными реагентами: [1]
- Al 4 C 3 + 12 HCl → 4 AlCl 3 + 3 CH 4
Реактивное горячее изостатическое прессование (опрокидывание) при ≈40 МПа соответствующих смесей Ti, Al 4 C 3 графита в течение 15 часов при 1300 ° C дает преимущественно однофазные образцы Ti 2 AlC 0,5 N 0,5 , 30 часов при 1300 ° C. C дает преимущественно однофазные образцы Ti 2 AlC (карбид титана-алюминия ). [6]
Подготовка
Карбид алюминия получают путем прямой реакции алюминия и углерода в электродуговой печи . [3]
- 4 Al + 3 C → Al 4 C 3
Альтернативная реакция начинается с оксида алюминия, но она менее благоприятна из-за образования монооксида 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 механические применения 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, химические реакции между карбидом кремния и расплавленным алюминием создают слой карбида алюминия на частицах карбида кремния, который снижает прочность материала, хотя 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]
Композитный материал из карбида алюминия и алюминия может быть получен путем механического легирования путем смешивания порошка алюминия с частицами графита .
Вхождение
Небольшие количества карбида алюминия являются обычной примесью технического карбида кальция . При электролитическом производстве алюминия карбид алюминия образует продукт коррозии графитовых электродов. [10]
В матричных композитов металлов на основе алюминия матрицы , армированной неметаллических карбидов ( карбид кремния , карбид бора , и т.д.) или углеродных волокон , карбид алюминия часто образует в качестве нежелательного продукта. В случае углеродного волокна оно вступает в реакцию с алюминиевой матрицей при температурах выше 500 ° C; Лучшее смачивание волокна и ингибирование химической реакции может быть достигнуто путем покрытия его, например, боридом титана . [ необходима цитата ]
Приложения
Мелкодисперсные частицы карбида алюминия в алюминиевой матрице снижают склонность материала к ползучести , особенно в сочетании с частицами карбида кремния . [11]
Карбид алюминия можно использовать в качестве абразива в высокоскоростных режущих инструментах . [12] Он имеет примерно такую же твердость, как топаз . [13]
Смотрите также
- Список соединений с углеродным номером 1
Рекомендации
- ^ a b c Мэри Иглсон (1994). Краткая энциклопедия химии . Вальтер де Грюйтер. п. 52 . ISBN 978-3-11-011451-5.
- ^ а б Gesing, TM; Jeitschko, W. (1995). «Кристаллическая структура и химические свойства U2Al3C4 и улучшение структуры Al4C3». 50 . Zeitschrift für Naturforschung B, Журнал химических наук : 196–200. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ а б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 297. ISBN. 978-0-08-037941-8.
- ^ Соложенко Владимир Л .; Куракевич, Александр О. (2005). «Уравнение состояния карбида алюминия Al4C3». Твердотельные коммуникации . 133 (6): 385–388. DOI : 10.1016 / j.ssc.2004.11.030 . ISSN 0038-1098 .
- ^ качественный неорганический анализ . КУБОК Архив. 1954. с. 102.
- ^ Барсум, МВт; Эль-Раги, Т .; Али, М. (30 июня 1999 г.). «Обработка и определение характеристик Ti2AlC, Ti2AlN и Ti2AlC0,5N0,5». Springer . 31 (7): 1857–1865. DOI : 10.1007 / s11661-006-0243-3 .
- ^ Дебора Д.Л. Чанг (2010). Композиционные материалы: функциональные материалы для современных технологий . Springer. п. 315. ISBN 978-1-84882-830-8.
- ^ Урена; Салазар, Гомес Де; Гил; Эскалера; Балдонедо (1999). «Исследование микроструктурных изменений, происходящих в композитах с алюминиевой матрицей, армированных частицами SiC во время литья и сварки, с помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии: межфазные реакции». Журнал микроскопии . 196 (2): 124–136. DOI : 10.1046 / j.1365-2818.1999.00610.x . PMID 10540265 .
- ^ Гильермо Рекена. «A359 / SiC / xxp: сплав A359 Al, усиленный частицами SiC неправильной формы» . Металлические матричные композиты MMC-ASSESS. Архивировано из оригинала на 2007-08-15 . Проверено 7 октября 2007 .
- ^ Джомар Тонстад; и другие. (2001). Электролиз алюминия: основы процесса Холла-Эру 3-е изд . Алюминий-Верлаг. п. 314. ISBN 978-3-87017-270-1.
- ^ SJ Zhu; Л. М. Пэн; Q. Zhou; З.Ы. Ма; К. Кучарова; Дж. Кадек (1998). «Ползучесть алюминия, усиленного мелкими частицами карбида алюминия и усиленного частицами карбида кремния, композиты DS Al-SiC / Al4C3» . Acta Technica CSAV (5): 435–455. Архивировано из оригинала (абстрактном) на 2005-02-22.
- ^ Джонатан Джеймс Савекер и др. «Высокоскоростной режущий инструмент» Патент США 6033789 , дата выдачи : 7 марта 2000 г.
- ^ Е. Питч, изд .: "Gmelins Hanbuch дер Anorganischen Chemie: Алюминий, Teil A", Verlag Chemie, Berlin, 1934-1935.