Carburo de aluminio
El carburo de aluminio, de fórmula química Al4C3, es un carburo de aluminio. Tiene el aspecto de cristales de color amarillo pálido a marrón. Es estable hasta 1400 °C. Se descompone en agua con producción de metano.
Estructura
El carburo de aluminio tiene una estructura cristalina inusual que consiste en capas alternas de Al2C y Al2C2. Cada átomo de aluminio está coordinado con 4 átomos de carbono para dar una disposición tetraédrica. Los átomos de carbono existen en 2 entornos de enlace diferentes; uno es un octaedro deformado de 6 átomos de Al a una distancia de 217 pm. El otro es una estructura bipiramidal trigonal distorsionada de 4 átomos de Al a 190–194 pm y un quinto átomo de Al a 221 pm. Otros carburos (nomenclatura IUPAC: meturos) también presentan estructuras complejas.
Reacciones
El carburo de aluminio se hidroliza con desprendimiento de metano. La reacción se produce a temperatura ambiente, pero se acelera rápidamente con el calor.
- Al4C3 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4
Se producen reacciones similares con otros reactivos próticos:
- Al4C3 + 12 HCl → 4 AlCl3 + 3 CH4
El prensado isostático reactivo en caliente (hipping) a ≈40 MPa de las mezclas apropiadas de grafito Ti, Al4C3, durante 15 horas a 1300 °C, produce muestras predominantemente monofásicas de Ti2AlC0.5N0.5, 30 horas a 1300 °C producen muestras predominantemente monofásicas de Ti2AlC (carburo de aluminio y titanio).
Preparación
El carburo de aluminio se prepara mediante la reacción directa del aluminio y el carbono en un horno de arco eléctrico.
- 4 Al + 3 C → Al4C3
Una reacción alternativa comienza con alúmina, pero es menos favorable debido a la generación de monóxido de carbono.
- 2 Al2O3 + 9 C → Al4C3 + 6 CO
El carburo de silicio también reacciona con el aluminio para producir Al4C3. Esta conversión limita las aplicaciones mecánicas del SiC, porque el Al4C3 es más frágil que el SiC.
- 4 Al + 3 SiC → Al4C3 + 3 Si
En los compuestos de matriz de aluminio reforzados con carburo de silicio, las reacciones químicas entre el carburo de silicio y el aluminio fundido generan una capa de carburo de aluminio sobre las partículas de carburo de silicio, lo que disminuye la resistencia del material, aunque aumenta la humectabilidad de las partículas de SiC. Esta tendencia se puede reducir recubriendo las partículas de carburo de silicio con un óxido o nitruro adecuado, preoxidando las partículas para formar un recubrimiento de sílice o utilizando una capa de metal de sacrificio.
Se puede fabricar un material compuesto de carburo de aluminio y aluminio mediante aleación mecánica, mezclando polvo de aluminio con partículas de grafito.
Occurrence
Pequeñas cantidades de carburo de aluminio son una impureza común del carburo de calcio técnico. En la fabricación electrolítica de aluminio, el carburo de aluminio se forma como un producto de corrosión de los electrodos de grafito.
En los compuestos de matriz metálica basados en una matriz de aluminio reforzada con carburos no metálicos (carburo de silicio, carburo de boro, etc.) o fibras de carbono, el carburo de aluminio se forma a menudo como un producto no deseado. En el caso de las fibras de carbono, reacciona con la matriz de aluminio a temperaturas superiores a 500 °C; se puede lograr una mejor humectación de la fibra y la inhibición de la reacción química recubriéndola con, por ejemplo, boruro de titanio.
Aplicaciones
Las partículas de carburo de aluminio finamente dispersas en una matriz de aluminio reducen la tendencia del material a deslizarse, especialmente en combinación con partículas de carburo de silicio.
El carburo de aluminio se puede utilizar como abrasivo en herramientas de corte de alta velocidad. Tiene aproximadamente la misma dureza que el topacio.
Véase también
- Lista de compuestos con carbono número 1
Referencias
- ^ a b c Mary Eagleson (1994). Química de la enciclopedia. Walter de Gruyter. p. 52. ISBN 978-3-11-011451-5.
- ^ a b Gesing, T. M.; Jeitschko, W. (1995). "La estructura de cristal y las propiedades químicas de U2Al3C4 y el refinamiento de estructuras de Al4C3". 50. Zeitschrift für Naturforschung B, revista de ciencias químicas: 196–200.
{{cite journal}}: Cite journal requires|journal=(Ayuda) - ^ a b Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2a edición). Butterworth-Heinemann. p. 297. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ Solozhenko, Vladimir L.; Kurakevych, Oleksandr O. (2005). "Ecuación del carburo de aluminio Al4C3". Solid State Communications. 133 (6): 385–388. Código:2005SSCom.133..385S. doi:10.1016/j.ssc.2004.11.030. ISSN 0038-1098.
- ^ Análisis inorgánico cualitativo. CUP Archive. 1954. p. 102.
- ^ Barsoum, M.W.; El-Raghy, T.; Ali, M. (30 de junio de 1999). "Procesamiento y caracterización de Ti2AlC, Ti2AlN y Ti2AlC0.5N0.5". Transacciones metalúrgicas y materiales A. 31 (7): 1857-1865. doi:10.1007/s11661-006-0243-3. S2CID 138590417.
- ^ Deborah D. L. Chung (2010). Materiales compuestos: Materiales funcionales para tecnologías modernas. Springer. p. 315. ISBN 978-1-84882-830-8.
- ^ Urena; Salazar, Gómez De; Gil; Escalera; Baldonedo (1999). "Estudio de microscopía electrónica de detección y transmisión de los cambios microestructurales ocurridos en compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas SiC durante el fundido y soldadura: reacciones de interfaz". Journal of Microscopy. 196 (2): 124–136. doi:10.1046/j.1365-2818.1999.00610.x. PMID 10540265. S2CID 24683423.
- ^ Guillermo Requena. "A359/SiC/xxp: A359 Al aleación reforzada con partículas SiC de forma irregular". MMC-ASSESS Metal Matrix Composites. Archivado desde el original el 2007-08-15. Retrieved 2007-10-07.
- ^ Jomar Thonstad; et al. (2001). Electrolisis de aluminio: Fundamentos del proceso Hall-Héroult 3er ed. Aluminio-Verlag. p. 314. ISBN 978-3-87017-270-1.
- ^ S.J. Zhu; L.M. Peng; Q. Zhou; Z.Y. Ma; K. Kucharova; J. Cadek (1998). "Comportamiento Creep de aluminio fortalecido por partículas finas de carburo de aluminio y reforzado por partículas de carburo de silicio DS Al-SiC/Al4C3composites". Acta Technica CSAV (5): 435–455. Archivado desde el original (abstract) el 2005-02-22.
- ^ Jonathan James Saveker et al. "High speed cut tool" U.S patent 6,033,789, Fecha de emisión: 7 de marzo de 2000
- ^ E. Pietsch, ed.: "Gmelins Hanbuch der anorganischen Chemie: Aluminum, Teil A", Verlag Chemie, Berlín, 1934-1935.