Что такое карбиды, их роль в производстве и свойства

Карбид титано-вольфрамовый показан на фото.Карбиды — это соединения металлов и неметаллов с углеродом. Обычно в таких соединениях углерод имеет большую электроотрицательность, чем второй элемент, что позволяет исключить из группы оксиды, галогены и другие углеродные соединения.

Это твердые тугоплавкие вещества, нелетучие и нерастворимые. В основном они обладают разнообразными свойствами: некоторые, например, карбид золота, может взорваться при попытке пересыпать его, а некоторые из соединений, например, бора, циркония, титана, кремния и вольфрама, по твердости превосходят алмаз и не поддаются действию кислот и растворителей.

Историческая справка

Карбид бора - где он применяется?Первое необычное углеродное соединение, похожее на карбид, было получено в начале XIX века англичанином Дэви. Это был карбид калия. Далее в 1863 году был найден неустойчивый карбид меди, через 15 лет - карбид железа.

Официально соединения «появились» только в конце XIX века — к ним приложил руку француз Анри Муассон. Он получал соединения при помощи вольтовой дуги в электрической печи, которую он сам и придумал. Для этого использовались нагретый до раскаленного состояния древесный уголь, чистые металлы и их оксиды.

Однако за несколько лет до Муассона в метеоритах был обнаружен минерал когенит — смесь карбидов кобальта, железа и никеля. В некотором смысле эта находка помогла ответить на вопрос «Что такое карбиды?».

Свойства соединений

Как и другие элементы, карбиды обладают определенным набором свойств, которые делают их популярным материалом на рынке строительства и машиностроения.

  1. Карбид кремния применяется в промышленности очень активно.Высокая твердость — в отличие от чистого металла соединения являются наиболее твердыми, что позволяет использовать их в самых разных областях;
  2. Высокая температура плавления — они существенно выше, чем температуры плавления аналогичных металлов;
  3. Устойчивость к коррозиям. Некоторые варианты довольно устойчивы к кислотам и внешним факторам.
  4. Хорошая теплопроводимость и термостойкость, позволяющие использовать смесь и при высоких, и при низких температурах;
  5. Повышенная износоустойчивость не дает деталям из материала испортиться раньше времени.

В зависимости от металла и неметалла элементы обладают разнообразными свойствами, которые меняются в зависимости от начальных данных.

Виды карбидов

Все вещества можно разделить на три группы:

  1. Ковалентные образуют бромом и кремнием; химически инертны, атомы углерода находится в состоянии sp-, sp2-, sp3 -гибридизации. Образуется путем частичного замещения в алмазе атомов углерода на атомы брома и кремния. Обладают прочной межатомной связью, высокими температурой плавления, жаропрочностью, химической инертностью, являются полупроводниками. Карбид брома при этом довольно тверд, может даже поцарапать алмаз. Карбид кремния получается более хрупким, но химически стойким, окисляется при воздействии кислорода только при температуре больше 1000 градусов Цельсия, растворяется в царской водке и концентрированных азотной кислоте и плавиковой.
  2. Какие бывают карбиды, можно посмотреть в таблице.Солеобразные или ионные — это соединения, образованные металлами I и II групп, а также алюминием, РЗЭ и актиноидами. Их получают непосредственно из элементов или путем восстановления оксидов углерода Обычно они разлагаются водой и кислотами, при этом происходит выделение углеводорода и остается гидроксид металла. Обладают высокой температурой плавления.
  3. Металлоподобные или ионно-ковалентно-металлические — это соединения, которые образуются переходными металлами IV–VII групп, а также никелем, железом и кобальтом; имеют промежуточную химическую активность. В таких соединениях небольшие атомы углерода расположены в пустотах между атомами металлов. Отсюда пошло название карбиды внедрения. Они отличаются высокими прочностью и температурой плавления.

В свою очередь ионные соединения делятся на:

  1. Метаниды — обычно прозрачны, не имеют цвета, в разбавленных кислотах и воде разлагаются и образуют метан. К ним относятся карбид магния, алюминия и бериллия.
  2. Ацетилениды — активно гидролизируются и образуют ацетилен или этин. Наиболее известен карбид кальция.

Применение

Элементы используют, чтобы придать чугуну и разного вида сталям твердость, повысить их износоустойчивость. Карбиды вольфрама и титана, как наиболее твердые и тугоплавкие варианты, применяют для изготовление режущих инструментов, а также для получения сверхтвердых материалов. Благодаря хорошим химическим и физическим свойствам, вещества используют в качестве компонента огнеупорных материалов, стержней сопротивления электронагревательных приборов и в качестве абразивного материала.

Сочетание магния с карбидом кремния дает очень прочный и легкий металл.Карбид кальция также называют карбидом для сварки. Это идеальное вещество для сварочных работ: при контакте с водой оно выделяет ацетилен — летучий газ, являющийся основой кислородной сварки, металлизации, резки и напайки.

Иначе говоря, при обработке металла соединение вступает в реакцию и начинает выделять огромное количество тепла и ацетилена, который поддерживает горение. Температура при этом может достигать 3150 градусов Цельсия. При работе с веществом необходимо строго придерживаться правил безопасности: правильно хранить смесь, помнить о том, что он легко загорается, стараться не контактировать с ядовитой полью.

Вывод

В зависимости от металла соединения обладают внушительным рядом свойств, которые используют в разных видах производства, в основном, в машиностроении, металлообработке и тому подобных отраслях.