Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния

Содержание

Что представляет собой Карборунд

Карборунд – это коммерческое и техническое название синтетического соединения, свойства и состав которого аналогичны натуральному камню муассаниту. То есть по сути это синтетический муассанит.

Это плотный материал разной степени прозрачности, результат сплавления песка с углем.

Внешне выглядит как антрацит, в основном черной гаммы. Есть экземпляры зеленого, голубого, фиолетового, синего цвета.

На свету камень переливается подобно радуге, создавая на поверхности причудливые узоры.

Получение карбида кремния

Наибольшее количество природного происхождения карбида кремния содержится в космическом пространстве: на пылевых облаках, окружающих звезды, в метеоритах. На Земле этот материал присутствует только на месторождениях кимберлита или корунда, что усложняет процесс его добычи в промышленных масштабах. По этой причине карборунд, используемый в современной индустриальных сферах и бытовых условиях, является искусственным.

Самым распространенным способом получения этого химического соединения является нагревание двуокиси кремния углеродом в специализированных печах, работающих на электричестве. Вещество нагревается до температуры 1800-2300 °C.Источниками кремния являются кварцевый песок, очищенный от примесей, и антрацит. Для улучшения газопроницаемости материала используются опилки из древесины. Цвет синтетического карборунда изменяется при помощи добавления хлорида натрия (поваренной соли). Увеличение плотности материала производится при помощи прессования. После этих процессов структурные частицы меняют свое местоположения, что приводит к деформации твердого раствора.

Продолжение таблицы получения карбида кремния

Читайте также:  Лучшие производители сварочной проволоки по отзывам покупателей

Также данное вещество получают при помощи следующих методов:

  1. Сублимация. Это технология предоставляет выращивать зерна карбида кремния природных материалов. Рост кристаллов осуществляется в графитовых тиглях из газовой фазы. Получить карборунд при помощи этой технологии можно из инертных газов, нагретых до температуры 2600 °C.
  2. Эпитаксия. Этот способ используется для получения твердых растворов карбида кремния. В нем используется водород, предварительно очищенный от примесей при помощи диффузионных методов. Химический элемент вступает в реакцию со свободным углеродом, что приводит к образованию полупроводниковых пленок.
  3. Синтез. Сырьем для получения карборунда является графит, измельченный до порошкообразного состояния. Также для получения необходимого материала можно использовать сажу с размером частиц не более 20 мкм. Синтез химических веществ происходит в твердой фазе, что обусловлено большим расстоянием между атомами углерода и кремния.
  4. Приготовление шихты. Для этого метода требуются компоненты, содержащие большое количество углерода и кремния. В качестве сырья могут использоваться нанопорошки, углеводы или многоатомные спирты. Приготовление шихты осуществляется в деионизованной воде в течение 5,5 часов. Материал нагревается ступенчато до температуры 1650 °С.

Для промышленных нужд чаще всего изготавливают карбиды зеленого и черного цветов. Особенности их химического состава определены в ГОСТ 26327-84. В нем указаны 4 марки карбида кремния: 53С, 54С, 63С и 64С.

История и происхождение

Карборунд научились получать синтетическим способом ещё с середины XIX века, но запатентовали только в 1893 году. До 2016 года производителем искусственного камня были США, сегодня же основным поставщиком его на мировой рынок признан Китай. В настоящее время выпускается порядка 250 модификаций карборунда разных цветов и оттенков. Камни, которые используются в ювелирной промышленности, покрывают специальной плёнкой, позволяющей выглядеть кристаллу сродни настоящему бриллианту.

В природе этот кристалл распространён в очень малом количестве, поэтому найти крупные залежи практически невозможно.

Важно! Процесс получения фабричного камня происходит на новейшем технологичном оборудовании, где специалисты тщательно контролируют его стадию роста. Это позволяет получить практически идеальный минерал (без возможных изъянов).

Месторождения

Натуральный кристалл крайне редко встречается в природе, поэтому его крупных месторождений не найдено. Лишь в единичном виде можно отыскать Карборунд (мелкие камешки грязновато-коричневого цвета). Поэтому налажено искусственное производство его аналогов.

кристалл
Кристалл

Как это может быть полезно в жизни?

Ну, во-первых, знание химических соединений никогда не может быть лишним. Всегда лучше быть вооружённым знанием, чем остаться без него. Во-вторых, чем больше вы знаете о существовании определённых соединений, тем лучше понимаете механизм их образования и законы, которые позволяют им существовать.

Перед тем как перейти к окончанию, хотелось бы дать несколько рекомендаций по изучению этого материала.

карбиды металлов формулы

Физико-химические свойства камня

Химическая формула: SiC

Состояние: кристаллы, друзы или кристаллические порошки от прозрачного белого, жёлтого, зелёного или тёмно-синего до чёрного цветов, в зависимости от чистоты, дисперсности, аллотропных и политипных модификаций.

Температура плавления: 2830°C

Карбид кремния:

  • Плотность 3,05 г/см³
  • Состав 93 % карбида кремния
  • Предел прочности на изгиб 320…350 МПа
  • Предел прочности на сжатие 2300 МПа
  • Модуль упругости 380 ГПа
  • Твердость 87…92 HRC
  • Трещиностойкость в пределах 3.5 — 4.5 МПа·м1/2,
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 140—200 Вт/(м·К)
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 3,5…4,0 К−1⋅10−6
  • Вязкость разрушения 3,5 МПа·м1/2

Самосвязанный карбид кремния:

  • Плотность 3,1 г/см³
  • Состав 99 % карбида кремния
  • Предел прочности на изгиб 350—450 МПа
  • Предел прочности на сжатие 2500 МПа
  • Модуль упругости 390—420 ГПа
  • Твердость 90…95 HRC
  • Трещиностойкость в пределах 4 — 5 МПа·м1/2,
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 80 — 130 Вт/(м·К)
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 2,8…4 К−1⋅10−6
  • Вязкость разрушения 5 МПа·м1/2

карборунд

ВК6ОМ:

  • Плотность 14,8 г/см³
  • Состав Карбид вольфрама
  • Предел прочности на изгиб 1700…1900 МПа
  • Предел прочности на сжатие 3500 МПа
  • Модуль упругости 550 ГПа
  • Твердость 90 HRA
  • Трещиностойкость в пределах 8-25 МПа·м1/2,
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 75…85 Вт/(м·К)
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,5 К−1⋅10−6
  • Вязкость разрушения 10…15 МПа·м1/2

Силицированный графит СГ-Т:

  • Плотность 2,6 г/см³
  • Состав 50 % карбида кремния
  • Предел прочности на изгиб 90…110 МПа
  • Предел прочности на сжатие 300…320 МПа
  • Модуль упругости 95 ГПа
  • Твердость 50…70 HRC
  • Трещиностойкость в пределах 2-3 МПа·м1/2,
  • Коэффициент теплопроводности при 10 °C, 100…115 Вт/(м·К)
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,6 К−1⋅10−6
  • Вязкость разрушения 3…4 МПа·м1/2

Электропроводность

Карбид кремния является полупроводником, тип проводимости которого зависит от примесей. Проводимость n-типа получается при легировании азотом или фосфором, а p-тип — с помощью алюминия, бора, галлия или бериллия  . Металлическая проводимость была достигнута за счет сильного легирования бором, алюминием и азотом. Сверхпроводимость была обнаружена в политипах 3C-SiC:Al, 3C-SiC:B и 6H-SiC:B при одинаковой температуре — 1,5 К

Физические свойства

Является твердым, тугоплавким веществом. Кристаллическая решетка аналогична решетке алмаза. Является полупроводником.

  • Стандартная энтальпия образования (298 К, кДж/моль): −66,1
  • Стандартная энергия Гиббса образования (298 К, кДж/моль): −63,7
  • Стандартная энтропия образования (298 К, Дж/моль·K): 16,61 
  • Стандартная мольная теплоемкость (298 К, Дж/моль·K): 26,86
  • Характер кристаллической решётки: атомный. Энергия кристаллической решётки: 299 ккал/г·форм

Химические свойства

Карбид кремния очень устойчивое вещество и в инертной атмосфере разлагается только при очень высокой температуре:

Сильно перегретый пар разлагает карбид кремния:

Концентрированные окисляющие кислоты и их смеси растворяют карбид кремния:

В присутствии кислорода щёлочи растворяют карбид кремния:

При нагревании реагирует с кислородом:
с галогенами
с азотом, образуя нитрид кремния:
с активными металлами:
и их пероксидами:

Разновидности и цвета

В лабораторных условиях получают 2 вида камня: зелёный и чёрный. При этом первый вариант содержит меньше примесей, но менее прочный, в отличие от чёрного. Чистый минерал полностью прозрачный и не имеет цвета, однако встречается он крайне редко.

Сферы применения

Карборунд используется во многих областях промышленности, т. к. обладает высокой устойчивостью к разрушению и воздействию экстремальных температур. Вот основные сферы его применения:

  • В качестве конструкционного материала — из камня изготавливают тормоза для гоночных автомобилей, панели и плиты, элементы для военной техники, абразивные насадки и др.
  • В электронике — на основе карбида кремния изготавливают полупроводниковые приборы (тиристоры), сверхбыстрые диоды и пр.
  • В сталеварении — используется в качестве топлива для получения стали, а также в коррекции температурного режима при производстве металлических изделий.
  • В ядерной энергетике — из минерала изготавливают покрытие для элементов ядерного топлива, добавляют в состав шлифовальных паст и др.
  • В ювелирном деле — применяется в качестве муассанита (т. к. по внешнему виду напоминает алмаз), им украшают кольца, ожерелья, колье, браслеты, серьги, броши и т. д.

украшения

Интересный факт! Муассанит часто используют для имитации бриллианта, продавая покупателю изделия по стоимости дорогостоящего драгоценного камня (т. к. невооружённым глазом трудно отличить один от другого).

Лечебные свойства

Помимо практического применения в разных сферах промышленности, минерал обладает лечебными свойствами. Вот некоторые из них:

  • Избавляет от фобий и затяжной депрессии.
  • Успокаивает нервы и улучшает сон.
  • Нормализует обмен веществ.
  • Улучшает состояние ЖКТ в случае гастрита или язвы.
  • Восстанавливает функции печени, избавляя от гепатита и цирроза начальной стадии.
  • При постоянном ношении устраняет головные и суставные боли.
  • Нормализует гормональный фон.
  • Улучшает кроветворение, и особенно полезен при анемии.
  • Укрепляет иммунитет.

кольцо

Магические свойства

Карборунд обладает следующими магическими свойствами:

  • Улучшает материальное благосостояние и притягивает деньги своему владельцу.
  • Помогает преодолеть страх на пути к цели, сметая все препятствия на пути.
  • Помогает своему владельцу обрести сексуальную притягательность для противоположного пола.
  • Улучшает память и интеллектуальные способности.
  • Защищает от внешнего негатива (порча, сглаз, проклятие).

Будьте осторожны! Постоянно носить при себе карборунд не рекомендуется, т. к. это чревато нервным возбуждением или бессонницей.

Открытие и начало производства

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Повторение эксперимента Г. Д. Раунда

О ранних, несистематических и часто непризнанных синтезах карбида кремния сообщали Деспретз (1849), Марсден (1880) и Колсон (1882 год)  . Широкомасштабное производство начал Эдвард Гудрич Ачесон в 1893. Он запатентовал метод получения порошкообразного карбида кремния 28 февраля 1893  . Ачесон также разработал электрическую печь в которой карбид кремния создается до сих пор. Он основал компанию The Carborundum Company для производства порошкообразного вещества, которое первоначально использовалось в качестве абразива  .

Исторически первым способом использования карбидокремния было использование в качестве абразива. За этим последовало применение и в электронных устройствах. В начале XX века карбид кремния использовался в качестве детектора в первых радиоприемниках [6] . В 1907 году Генри Джозеф Раунд создал первый светодиод, подавая напряжение на кристаллы SiC и наблюдая за желтым, зеленым и оранжевым излучением на катоде. Эти эксперименты были позже повторены О. В. Лосевым в СССР в 1923 году  .

Формы нахождения в природе

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Монокристалл муассанита (~1 мм в размере)

Природный карбид кремния — муассанит можно найти только в ничтожно малых количествах в некоторых типах метеоритов и в месторождениях корунда и кимберлита. Практически любой карбид кремния, продаваемый в мире, в том числе и в виде муассанитового украшения, является синтетическим. Природный муассанит был впервые обнаружен в 1893 году в качестве небольшого включения в метеорите Каньон Диабло в Аризоне Фердинандом Анри Муассаном, в честь которого и был назван минерал в 1905 году  . Исследование Муассана о естественном происхождении карбида кремния было изначально спорным, потому что его образец мог быть загрязнён крошкой карбида кремния от пилы (в то время пилы уже содержали данное вещество)  .

Хоть карбид кремния и является редким веществом на Земле, однако, он широко распространен в космосе. Это вещество распространено в пылевых облаках вокруг богатых углеродом звезд, также его много в первозданных, не подверженных изменениям, метеоритах, почти исключительно, в форме бета-полиморфа. Анализ зёрен карбида кремния, найденных в Мерчисонском углеродистом хондритовом метеорите, выявил аномальное изотопное соотношение углерода и кремния, что указывает на происхождение данного вещества за пределами Солнечной системы: 99 % зёрен SiC образовалось около богатых углеродом звёзд принадлежащих к асимптотической ветви гигантов  . Карбид кремния можно часто обнаружить вокруг таких звезд по их ИК-спектрам  .

Производство

Из-за редкости нахождения в природе муассанита, карбид кремния, как правило, имеет искусственное происхождение. Простейшим способом производства является спекание кремнезема с углеродом в графитовой электропечи Ачесона при высокой температуре 1600—2500 °C:
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Синтетические кристаллы SiC ~ 3 мм в диаметре

Чистота карбида кремния, образующегося в печи Ачесона, зависит от расстояния до графитового резистора в ТЭНе. Кристаллы высокой чистоты бесцветного, бледно-желтого и зеленого цвета находятся ближе всего к резистору. На большем расстоянии от резистора цвет изменяется на синий или черный из-за примесей. Загрязнителями чаще всего являются азот и алюминий, они влияют на электропроводность полученного материала .

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Кристаллы карбида кремния, полученные благодаря процессу Лели

Чистый карбид кремния можно получить с помощью так называемого процесса Лели  , в котором порошкообразный SiC возгоняется в атмосфере аргона при 2500 °C и осаждается на более холодной подложке в виде чешуйчатых монокристаллов размерами до 2×2 см². Этот процесс дает высококачественные монокристаллы, в основном состоящие из 6H-SiC фазы (это связано с высокой температурой роста). Улучшенный процесс Лели при участии индукционного нагрева в графитовых тиглях дает еще большие монокристаллы до 10 см в диаметре  . Кубический SiC, как правило, выращивается с помощью более дорогостоящего процесса — химического осаждения паров . Чистый карбид кремния также может быть получен путем термического разложения полимера полиметилсилана (SiCH3)n, в атмосфере инертного газа при низких температурах. Относительно CVD-процесса метод пиролиза более удобен, поскольку из полимера можно сформировать изделие любой формы перед запеканием в керамику .

Где используется

Прочностные и эстетические кондиции обусловили широкую востребованность синтетического камня:

  • В строительстве он нашел применение как материал внутренней и наружной отделки помещений, добавка в базовый состав дорожного покрытия.
  • В промышленности это абразивы, бронированные сорта стали для армии, полупроводники для электротехники, катализаторы для металлургии и химической промышленности.
  • Для научных потребностей используется как оптика (например, линзы микро- и телескопов).

По особой технологии изготавливается ювелирная разновидность кристаллов.

Применение карборунда

Применение карборунда

Специалисты предсказывают карборунду довольно оптимистичное будущее. Его активное применение сегодня зафиксировано в таких областях человеческой деятельности, как автомобильная и металлургическая промышленность, астрономия, пирометрия, его даже применяют на практике в такой сфере, как электроника.

Конструкционный материал

С использованием карбида кремния изготавливают такие элементы, как:

  • тормоза для спортивных авто;
  • элементы бронированной военной техники. Это стало возможным благодаря повышенному уровню твердости исходного материала;
  • шлифовальные порошки, активно использующиеся в различных отраслях промышленности, таких как металлургическая, электротехническая;
  • высококачественные сопла и форсунки, а также распылители и насадки.

В ювелирном деле

Ученые долго и с интересом всматривались в пляшущие искорки света, что излучал муассанит, и, в конце концов, вынесли единодушный вердикт: камень идеален для изготовления элитных, эксклюзивных драгоценностей на любой вкус и цвет.

Шкатулки модниц по всему миру пополнились потрясающими украшениями с муассанитом: милыми колечками, всевозможными браслетами, подвесками – представители обоих полов сразу же оценили элегантный, вполне презентабельный внешний вид ювелирных изделий.

Коллекции дорогостоящих изделий сразу же пополнились украшениями, где чередуются брутальный аристократический и авангардный стили, где классика умело сочетается с романтизмом, и где арабский шик дополняется строгой европейской сдержанностью.

При помощи элитных украшений из муассанитов можно создать свой собственный имидж – причем образ твой может быть как строгим, респектабельным, так и по-лирически романтичным.

Даже самый простой, не цепляющий никакими деталями костюм, дополненный «холодными» украшениями, выделит тебя из серой, тучной толпы, привнесет в образ каплю благородства и неподдельной роскоши. При этом украшения из муассанита не отличаются крикливой броскостью, что не может не радовать.

Пьянительная роскошь камня и завораживающие глубина его света сделали невозможное, а именно – браслет с муассанитами на руке выглядит просто умопомрачительно, колечко на пальце – мило, и в то же время статусно.

Как полупроводник

Карбид кремния карборунд – отличный полупроводник, который:

  1. Обрел славу хорошего катализатора.
  2. Используется для изготовления высококачественных, стабильных светодиодов высокой мощности (достигающей 9 ватт).
  3. Применяется для производства лазера.
  4. Используется для изготовления терморезистора, всевозможных полупроводниковых устройств и полевого транзистора.

Таким образом, мауссанит – это «пришелец» из Космоса, который был дарован человеку по велению небес.

Электроника

Карбид кремния встречается в составе сверхбыстрых диодов Шоттки, тиристорах. Химический состав обладает неоспоримыми преимуществами, если сравнивать его с кремнием и арсенидом галлия. Во-первых, карборунд характеризуется большей шириной запрещенной зоны. Электрическая прочность камня в 10 раз превышает аналогичный показатель кремния. Не теряет исходные физико-химические свойства при воздействии высоких температур. Теплопроводность в 3 раза превышает аналогичный показатель, характерный для кремния.

Сталеварение

Карбид кремния применяется как топлива, используемое в получении стали в конвертерном производстве. В сравнении с углем считается чистым химическим соединением, поэтому позволяет уменьшить количество отходов. Также применяется в коррекции температурного режима и показателей содержания углерода в стали.

Ядерная энергетика

За счет высокой устойчивости к воздействию радиации массово применяется в ядерной энергетике. Из камня изготавливают слой из триструктурально-изотопного покрытия для элементов ядерного топлива, находящегося в газоохлаждаемых реакторах.  Также это ценное сырье для производства пеналов для безопасного захоронения ядерных отходов.

Карборунд также входит в состав шлифовальных паст. При смешивании технического карборунда с кремнием и глицерином получают силит. Это высококачественный материал для нагревательных элементов лабораторных электропечей. Из такой смеси также изготавливают стержни, которые затем обжигают при температуре 1700 градусов вместе с двуокисью углерода. Силитовый стержень выдерживает температуру до 1500 градусов.

Карборунд

Пирометрия

Это измерение температуры газа оптическим методом. Он реализуется с помощью волокон из карбида кремния. Их толщина составляет 15 микрометров. Эти волокна вводятся в зону изменения, при этом никак не воздействуя на процесс горения. Использование этого способа позволяет измерить температуру, находящуюся в диапазоне 800-2500 Кельвинов.

Абразивные и режущие инструменты

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Режущие диски из карбида кремния

В современной гранильной мастерской карбид кремния является популярным абразивом из-за его прочности и низкой стоимости. В обрабатывающей промышленности из-за его высокой твердости он используется в абразивной обработке в таких процессах как шлифование, хонингование, водоструйная резка и пескоструйная обработка. Частицы карбида кремния ламинируются на бумагу для создания шлифовальной шкурки .

В 1982 году случайно был обнаружен композит, состоящий из оксида алюминия и карбида кремния, кристаллы которого растут в виде очень тонких нитей  .

Автомобильные запчасти

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Углерод-керамические (карбид кремния) дисковые тормоза Porsche Carrera GT

Инфильтрованый кремний в материале «композит углерод-углерод» используется для производства высококачественных «керамических» дисковых тормозов, так как способен выдерживать экстремальные температуры. Кремний вступает в реакцию с графитом в «композите углерод-углерод» становясь армированным углеродным волокном карбида кремния (C/SiC). Диски из этого материала используются на некоторых спортивных автомобилях, в том числе Porsche Carrera GT, Bugatti Veyron, Chevrolet Corvette ZR1, Bentley, Ferrari, Lamborghini  . Карбид кремния используется также в спеченных формах в дизельных фильтрах для очистки от твердых частиц  .

Электронные приборы

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Ультрафиолетовый светодиод

Карбид кремния используется в сверхбыстрых высоковольтных диодах Шоттки, N-МОП-транзисторах и в высокотемпературных тиристорах  . По сравнению с приборами на основе кремния и арсенида галлия приборы из карбида кремния имеют следующие преимущества:

  • в несколько раз большая ширина запрещённой зоны;
  • в 10 раз большая электрическая прочность;
  • высокие допустимые рабочие температуры (до 600 °C);
  • теплопроводность в 3 раза больше, чем у кремния, и почти в 10 раз больше, чем у арсенида галлия;
  • устойчивость к воздействию радиации;
  • стабильность электрических характеристик при изменении температуры и отсутствие дрейфа параметров во времени.

Из почти двухсот пятидесяти модификаций карбида кремния только две применяются в полупроводниковых приборах — 4H-SiC и 6H-SiC.

Проблемы с интерфейсом элементов основанных на диоксиде кремния препятствуют развитию N-МОП-транзисторов и IGBT, основанных на карбидокремнии. Другая проблема заключается в том, что сам SiC пробивается при высоких электрических полях в связи с образованием цепочек дефектов упаковки, но эта проблема может быть решена совсем скоро .

История светодиодов из SiC весьма примечательна: первые светодиоды с использованием SiC были продемонстрированы в 1907 году. Первые коммерческие светодиоды были также на основе карбида кремния. Желтые светодиоды из 3C-SiC были изготовлены в Советском Союзе в 1970-х годах , а синие (из 6H-SiC) по всему миру в 1980-х . Производство вскоре остановилось, потому что нитрид галлия показал в 10-100 раз более яркую эмиссию. Эта разница в эффективности связана с неблагоприятной непрямой запрещенной зоной SiC, в то время как нитрид галлия имеет прямую запрещенную зону, которая способствует увеличению интенсивности свечения. Тем не менее, SiC по прежнему является одним из важных компонентов светодиодов — это популярная подложка для выращивания устройств из нитрида галлия, также он служит теплораспределителем в мощных светодиодах  .

Астрономия

Низкий коэффициент теплового расширения, высокая прочность, жесткость и теплопроводность делает карбид кремния нужным материалом для зеркал в астрономических телескопах. Развитие технологий (химическое осаждение паров) позволило создавать диски поликристаллического карбида кремния до 3,5 метров в диаметре. Заготовки зеркала формируются из чистого мелкого порошка карбида кремния под высоким давлением. Несколько телескопов уже оснащены оптикой из карбида кремния  .

Элементы нагревания

Ссылки на то, что карбид кремния использовался в нагревательных элементах существуют с начала 20-го века, когда они были изготовлены The Carborundum Company в США и EKL в Берлине. Карбид кремния помог увеличить рабочую температуру по сравнению с металлическими нагревателями. Элементы из карбида кремния используются сегодня при плавлении цветных металлов и стекла, при термической обработке металлов, флоат-стекла, при производстве керамики, электронных компонентов и т. д.

Элементы ядерного топлива

Карбид кремния часто используется в качестве слоя из триструктурально-изотропного покрытия для элементов ядерного топлива в высокотемпературных газовых реакторах или в очень высокотемпературных реакторах. Карбид кремния обеспечивает механическую устойчивость к топливу и является основным барьером для диффузии продуктов деления .

Современность

В конце XX был изготовлен первый кристалл карборунда, до этого он был известен только в виде порошка. Как только появилась возможность синтезировать кристалл — его синтезировали. Результат оказался поразительным. По многим показателям карборунд превосходил алмаз.

  • степень светопреломления на четверть выше;
  • дисперсия — в два с половиной.

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния

То есть он лучше блестит и даёт больше радужных бликов. Казалось бы — вот она, удача. Его действительно признали лучшей имитацией алмаза. Но в массовым он так и не стал. Делать ювелирные изделия с карборудном с точки зрения коммерции бессмысленно.

Производство украшений из камня слишком сложное и затратное дело. Крупный образец будет стоить порядка 500 долларов за карат. Сомнительно, что найдутся любители покупать искусственные камни за такие деньги. Даже если они высокотехнологичные и сверхблестящие. Сейчас кристаллы карбида кремния делает только одна американская компания, а в продаже он встречается реже, чем бриллиант.

Теоретически камень должен быть красивым: блестящий, сияющий, с радужной игрой света на гранях.

Но ценители камня его не очень ценят. На то есть несколько причин:

  • яркие переливы света непривычны глазу и скорее раздражают, создают впечатление безвкусности и кичливости;
  • прозрачных и чистых по цвету камней нет. Все они имеют пыльный зеленоватый оттенок. Химики пока с этим ничего поделать не могут;
  • лучики света, которые отбрасывает бриллиант плотные, яркие, с насыщенными оттенка. Карборунд даёт более прозрачные и тёмные отблески.

Как видим, искусственному муассаниту не удалось превзойти алмаз и вытеснить его с ювелирных прилавков.

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния

Непрозрачные недорогие образцы предприимчивые итальянцы продают как куски лавы Везувия.

Однако у карборунда есть ряд преимуществ:

  • он не оставляет на себе жировых отпечатков. Если долго щупать бриллиант, он покроется жировой плёнкой и блестеть перестанет. Карборунд к этому невосприимчив. сколько его не трогай — он продолжит блестеть;
  • поскольку карборунд выращен искусственно, он лишён дефектов. Его ограняют в идеальные, математически точно выверенные кристаллы. К тому же на материале можно не экономить. С бриллиантами это не всегда проходит. Иногда хочет сохранить вес камня и умышленно нарушает пропорции, иногда обходит дефекты. Браком это не считаются. Такие бриллианты хоть и стоят ниже, но на рынок поступают;
  • в экстремальных температурах (около 1000 градусов Цельсия) алмаз горит, а карборунд нет. Вы можете кинуть платиновое кольцо в угольную печь и оно не пострадает.

Кроме этого он прочный, лишь незначительно уступает алмазу. К тому же он инертный — не вступает в реакцию с другими веществами (кроме плавиковой, азотной и ортофосфорной кислот), отличается высокой теплопроводностью, плотностью электрического тока и электрическим напряжением, имеет малый коэффициент теплового расширения и не имеет фазовых переходов, разрушающих кристалл.

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния

Сейчас карборунд производят методом термического разложения полиметилсилана при низких температурах в присутствии инертного газа. Полученный материал применяется во многих сферах жизни.

Применяется в качестве:

  • абразив для шлифования и напыление для пил;
  • сырьё для режущих инструментов;
  • полупроводник в электротехнической промышленности;
  • катализатор в химической промышленности;
  • подшипники и элементы оборудования в плавильных печах, поскольку он выдерживает нагрузку до 1700 градусов Цельсия;
  • сырьё для производства бронежилетов;
  • основа для сверхмощных светодиодов;
  • сырьё для изготовления высококачественных дисковых тормозов;
  • сырьё для создания зеркальных деталей в оптических системах.

Это далеко не всё. Камень используется в ядерной энергетике, строительстве, органическом синтезе.

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния

Перспективы рынка карбида кремния

Из-за необходимости в столь практичном элементе в Иркутской области на базе АЭХК планируется создать производство карбида кремния мощностью до 25 тысяч тонн в год. Предполагается, что производимая продукция будет поставляться на российский и зарубежный рынок. У Иркутской области есть ряд преимуществ для запуска такого производства — это низкая стоимость электричества, наличие сырьевой базы в регионе.

Биологическая роль

Для некоторых организмов кремний является важным биогенным элементом. Он входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки. Большие количества кремния концентрируют хвощи и злаки, в первую очередь — подсемейства Бамбуков и Рисовидных, в том числе — рис посевной.

Он также используется для создания клеточных стенок некоторых организмов и является центром реактивности дюжины или около того ферментов, ответственных за «обработку» диатомового кремнезема y некоторых ракообразных.

Кремний встречается во многих растениях, которые необходимы для правильного развития, но не было доказано, что это необходимо для развития всех видов. Обычно его присутствие повышает устойчивость к вредителям, особенно грибам, препятствует их проникновению в ткани растений, насыщенных кремнеземом. Точно так же в случае животных необходимость в кремнии была продемонстрирована для шестилучевых губок, но, хотя это происходит в телах всех животных, это, как правило, не оказывается необходимым для них. У позвоночных это происходит в больших количествах в волосах и перьях (например, овечья шерсть содержит 0,02—0,08 % SiO2). Мышечная ткань человека содержит (1—2)⋅10−2 % кремния, костная ткань — 17⋅10−4 %, кровь — 3,9 мг/л. С пищей в организм человека ежедневно поступает до 1 г кремния.

В организме человека

Доказано, что кремний имеет важное значение для здоровья человека, в частности, для ногтей, волос, костей и кожи. Исследования показывают, что женщины в пременопаузе с более высоким потреблением биодоступного кремния имеют более высокую плотность костной ткани, а также, что добавки кремния может увеличить объем и плотность кости у пациентов с остеопорозом

Организм человека нуждается в 20—30 мг кремния в день. Беременным женщинам, людям после операций на костях и пожилым людям требуется более высокая доза, так как количество этого элемента в органах уменьшается с возрастом. Это происходит главным образом в соединительной ткани, из которой строятся сухожилия, слизистые оболочки, стенки кровеносных сосудов, клапаны сердца, кожа и костно-суставная система. Кремний удаляет токсичные вещества из клеток, предпочтительно воздействует на капилляры, герметизирует их, повышает прочность костной ткани, укрепляет защитные силы организма от инфекций, предотвращает преждевременное старение. Снимает раздражения и воспаления кожи, улучшая её общий вид и предотвращая вялость, уменьшает выпадение волос, ускоряет их рост, укрепляет ногти. Поскольку кремний участвует в формировании костной ткани, обеспечивая эластичность кровеносных сосудов, участвующих в поглощении кальция из рациона и роста волос и ногтей, его дефицит в организме человека может вызвать костные аномалии, общее замедление роста, бесплодие, отсутствие развития и остеопороз. Диоксид кремния в нормальных условиях всегда является твёрдым биоинертным, неразлагаемым веществом, склонным к образованию пыли, состоящей из частиц с острыми режущими кромками. Вредное действие диоксида кремния и большинства силицидов и силикатов основано на раздражающем и фиброгенном действии, на накоплении вещества в ткани лёгких, вызывающем тяжёлую болезнь — силикоз. Для защиты органов дыхания от пылевых частиц используются противопылевые респираторы. Тем не менее, даже при использовании средств индивидуальной защиты носоглотка, горло у людей, систематически работающих в условиях запыленности соединениями кремния и особенно монооксидом кремния, имеют признаки воспалительных процессов на слизистых оболочках. Нормы предельно допустимых концентраций по кремнию привязаны к содержанию пыли диоксида кремния в воздухе. Это связано с особенностями химии кремния:

Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния
Карборунд — природно-искусственный камень. Карборунд – карбид кремния

  • Чистый кремний, равно как карбид кремния, в контакте с водой или кислородом воздуха образует на поверхности непроницаемую плёнку диоксида кремния ( SiO2), которая пассивирует поверхность;
  • Многие кремнийорганические соединения в контакте с кислородом воздуха и водяными парами окисляются или гидролизуются с образованием в конечном итоге диоксида кремния;
  • Монооксид кремния ( SiO) на воздухе способен (иногда со взрывом) доокисляться до высокодисперсного диоксида кремния.

Стоимость камня

Карборунд имеет относительно невысокую стоимость, поэтому по карману каждому. Вот его примерные расценки (измеряются в российских рублях):

  • Необработанные самородки (кристаллы) — можно приобрести в пределах 1000 руб.
  • В качестве ювелирных украшений (подвески, кольца, колье, браслеты и др.) — 4000-15000.

серьги
Серьги из камня

Применение и технические характеристики

Камень используется практически во всех отраслях жизни человека. Благодаря устойчивости и прочности этого минерала он необходим в строительстве. Он подходит для внутренней и наружной отделки помещений из камня, получаются хорошие предметы интерьера. Карборунд входит в состав дорожного покрытия. Его применяют при постройке автомобилей, в астрономии и электронике. Камень входит в состав тормоза для спортивных автомобилей, составных частей кузова бронированной техники, придавая ей прочности и выносливости. Из него изготавливают шлифовочные порошки, необходимые в изготовлении электроники и металлургии. Незаменимый этот минерал и в ювелирном деле. Его используют при производстве элитных ювелирных украшений и других драгоценностей. Благодаря свойствам полупроводника применяется как катализатор, он присутствует в светодиодах и лазерах.

Уход за украшениями

Материал искусственного минерала достаточно устойчив к внешним повреждениям, воздействию высоких температур и кислот, поэтому ухаживать за ним легко и просто. Чтобы муассанит долго служил «верой и правдой», достаточно соблюдать 2 условия:

  1. Хранить камень в шкатулке (можно в «компании» других украшений).
  2. По мере необходимости чистить любыми моющими средствами, за исключением абразивов (т. к. может пострадать микроплёнка, нанесённая на поверхность камня).

Совместимость со знаками зодиака

(«+++» — камень подходит идеально, «+» — можно носить, «-» — категорически противопоказан):

Знак зодиака Совместимость
Овен +++
Телец +
Близнецы +++
Рак +
Лев +++
Дева +
Весы +++
Скорпион +
Стрелец +++
Козерог +
Водолей +++
Рыбы +

Минерал подходит всем знакам зодиака без исключения. Но наибольшую пользу он принесёт людям стихии Огня (Львы, Стрельцы, Овны) и Воздуха (Водолеи, Близнецы, Весы).
Вам подходит этот камень?

камни

Как опознать подделку

Карборунд недорог, но слишком красив, выглядит почти как алмаз. Неудивительно, что его пытаются подделывать. Имитацией выступает стекло.

Отличить происхождение образца легко. Поцарапать карборунд способен только алмаз. Камень массивен, сильно блестит, в руках нагревается не сразу.

Интересное о камне

Распространено несколько интересных фактов о камне:

  • Возле вулкана Везувий (расположен в Италии) туристам в качестве карборунда продают застывшую лаву.
  • Муассанит часто называют «космическим» камнем, т. к. в космосе он присутствует в большем количестве, нежели на Земле.
  • Учёные предполагают, что природный карбид кремния впервые появился за пределами Солнечной системы. К таким выводам они пришли после изучения Мерчисонского метеорита.
  • Впервые минерал был открыт французским учёным Анри Муассаном. Отсюда и его говорящее название.

Основные выводы

  1. Карборунд – это камень, который получают в искусственных условиях путем соединения расплавленных угля и песка. Камень интенсивно блестит на солнце и бликует разными оттенками. По физическим характеристикам напоминает алмаз: показатель твердости превышает 9 баллов, а сам камень обладает выраженными абразивными свойствами.
  2. Натуральные карборунды в природе почти не встречаются.
  3. Камень бывает бесцветными, черным, зеленым, синим. Оттенок зависит от наличия примесей в составе.
  4. Несмотря на синтетическое происхождение, наделен многочисленными лечебными и магическими свойствами. Наличие живой энергетики у камня объясняется тем, что его получают из природных химических элементов.
  5. Карборунд массово применяют в промышленном производстве, так как камень характеризуется устойчивостью к кислотам, экстремальным температурам, радиоактивному излучению. Также имеет свойства качественного полупроводника.
  6. Камнем инкрустируют изделия из драгоценных металлов, так как он своими внешними характеристиками похож на бриллиант. Карборунд нередко используется как подделка этого драгоценного камня.
Источники

  • https://mehmanxona.ru/izmereniya/chto-takoe-karborund.html
  • https://ogems.ru/podelochnye/karborund
  • https://Arcanus.ru/magiya-kamnej/karborundovyj-kamen.html
  • https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/228
  • https://jgems.ru/interesnoe/karborund
  • https://vseprokamni.ru/interesno/karborund-chto-eto.html
  • https://kamnistar.com/iskusstvennye/karborund/
  • https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki%20/228
  • https://etsnn.ru/runy/karborund-kristallicheskaya-reshetka.html
  • https://zolotoe-runo-sl.ru/podelochnye-kamni/karborund-tip-kristallicheskoj-reshetki.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Adblock
detector