碳化鋁 - Wikiwand
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碳化鋁

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碳化鋁
別名 三碳化四鋁
識別
CAS號 1299-86-1  ✓
12656-43-8  ☒N
PubChem 16685054
ChemSpider 21241412
InChI
InChIKey TWHBEKGYWPPYQL-UHFFFAOYAR
UN編號 UN 1394
EINECS 215-076-2
MeSH Aluminum+carbide
性質
化學式 Al4C3
摩爾質量 143.95853 g·mol⁻¹
外觀 淡黃棕色晶體
密度 2.36 g·cm-3
熔點 2100°C
沸點 於2200°C分解
溶解性 反應
熱力學
ΔfHmo298K -209 kJ·mol-1
危險性
警示術語 R:R11R15R36/37/38
安全術語 S:S16S26S33S36/37/39
歐盟分類 Xi、F
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

碳化鋁,又名三碳化四鋁,分子式Al4C3,是一種鋁的碳化物。它是一種淡色、堅硬、透明的菱形六面體結晶,是離子晶體,在常溫下不導電,晶體結構複雜。結構中金屬原子可以是4、5、6配位,Al-C鍵長在1.90-2.22Å之間,最短的C-C鍵為3.16Å。X射線研究則顯示結構中有單個碳原子以離散的碳負離子C4−形式存在,與乙炔不同。

製備

碳化鋁可以通過在沒有氧氣和氮氣的情況下,加熱的混合物至1000°C以上來製備:

4Al + 3C → Al4C3

這個反應是可逆反應,1000°C以下反應緩慢,在1300-1500°C時碳化鋁分解。

加熱氧化鋁和碳的混合物也可以得到碳化鋁,但其中含的雜質較多。

2Al2O3 + 6C → Al4C3 + 3CO2

存在

少量的碳化鋁是電石中的常見雜質。在電解冶煉金屬鋁時,石墨電極也經常因被腐蝕而得到少量碳化鋁。

在以鋁為基質並且通過碳化物(如碳化矽碳化硼等)來增大強度的金屬基複合材料碳纖維中,碳化鋁常常成為不受歡迎的產品。例如碳纖維與鋁基複合材料在500°C之上就能夠發生反應,而如給其覆上一層硼化鈦則能抑制化學反應。

在碳化矽增強的鋁基複合材料中,碳化矽和鋁熔體的化學反應生成了一層碳化鋁覆蓋在碳化矽顆粒表面,從而降低了材料的強度[1] 通過使用合適的氧化物氮化物在碳化矽顆粒表面形成一層矽塗層能夠降低發生這類反應的趨勢。[2]

反應

作為一種碳化物,碳化鋁在遇到熱或稀時能放出甲烷。因此,碳化鋁能作為測定水中3H含量的試劑:待測的水和碳化鋁反應,將生成的氚代甲烷被通到測量室,通過分析即可得知水中的氚含量。

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4
Al4C3 + 12HCl → 3CH4 + 4AlCl3

碳化鋁可以被鹼金屬或鹼土金屬還原為鋁。露置於空氣中時,碳化鋁表面氧化生成氧化鋁。它在燃燒時產生氧化鋁和二氧化碳。

應用

細分散在鋁基複合材料中的碳化鋁顆粒能降低材料蠕變的趨勢,特別是在與碳化矽顆粒相結合時。[3]

鋁-碳化鋁合金可以通過機械合金化或球磨鋁粉和石墨粒子來製備。

碳化鋁可作為高速切削工具的磨粒[4],它的硬度大致同黃玉相同。[5]

碳化鋁也用於煙火,例如實現類似螢火蟲的效果。

參考資料

  1. ^ Urena, S. Gomez De, Gil, Escalera and Baldonedo. Scanning and transmission electron microscopy study of the microstructural changes occurring in aluminium matrix composites reinforced with SiC particles during casting and welding: interface reactions. Journal of Microscopy. 1999, 196 (2): 124–136. doi:10.1046/j.1365-2818.1999.00610.x. 
  2. ^ Guillermo Requena. A359/SiC/xxp: A359 Al alloy reinforced with irregularly shaped SiC particles. MMC-ASSESS Metal Matrix Composites. [2007-10-07]. (原始內容存檔於2007-08-15). 
  3. ^ S.J. Zhu, L.M. Peng, Q. Zhou, Z.Y. Ma, K. Kucharova, J. Cadek. Creep behaviour of aluminium strengthened by fine aluminium carbide particles and reinforced by silicon carbide particulates DS Al-SiC/Al4C3composites. Acta Technica CSAV. 1998, (5): 435–455. (原始內容 (abstract)存檔於2005-02-22). 
  4. ^ 美國專利第6,033,789號
  5. ^ E. Pietsch, ed.: "Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie: Aluminium, Teil A", Verlag Chemie, Berlin, 1934–1935.
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碳化鋁
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