Nhôm carbide

Nhôm carbide
Tên khác	Nhôm carbide
Nhận dạng
Số CAS	1299-86-1
Thuộc tính
Công thức phân tử	Al4C3
Khối lượng mol	143,9585 g/mol
Bề ngoài	tinh thể vàng nhạt-nâu
Khối lượng riêng	2,36 g/cm³
Điểm nóng chảy	2.100 °C
Điểm sôi	phân hủy tại 2.200 °C
Các nguy hiểm
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). Tham khảo hộp thông tin

Carbide nhôm hay nhôm carbide, có công thức hóa học là Al₄C₃ là một hợp chất dạng rắn, tinh thể hoặc phiến màu vàng, trong suốt. Nó ổn định ở nhiệt độ dưới 1.400 °C, tỉ trọng 2,36 g/cm³. Các nguyên tử cacbon trong mạng tồn tại ở dạng C⁴⁻.

Điều chế

Carbide nhôm được tạo ra bằng cách nung hỗn hợp nhôm và cacbon ở nhiệt độ 1.000 °C,

4Al + 3C → Al₄C₃

hoặc nung nóng oxide nhôm với than cốc trong lò điện.

2Al₂O₃ + 6C → Al₄C₃ + 3CO₂

Phân bố

Một lượng nhỏ carbide nhôm có mặt trong carbide calci kỹ thuật không tinh khiết. Trong công nghệ điện nhôm, carbide nhôm được tạo ra từ sự gặm mòn các điện cực than chì.

Trong các hợp kim nhôm với các carbide kim loại (carbide silic, carbide bo, v.v.) hoặc sợi cacbon, carbide nhôm thường sinh ra như là một phụ phẩm không cần thiết. Trong trường hợp của sợi cacbon, nó phản ứng với cấu trúc nhôm ở nhiệt độ khoảng 500 °C.

Trong các hợp chất nhôm với carbide silic như Duralcan, các phản ứng hóa học giữa carbide silic và nhôm nóng chảy tạo ra một lớp carbide nhôm trên bề mặt các hạt carbide silic, điều này làm giảm độ bền của vật liệu nếu nó làm tăng tính dính ướt của các hạt SiC^[1]. Điều này có thể bị giảm đi khi các hạt carbide silic được phủ bởi một oxide phù hợp hoặc nitrit^[2].

Các phản ứng

Cũng như các carbide khác, carbide nhôm tạo ra mêtan khi hòa tan trong nước hoặc acid loãng. Đây cũng là chất thử để đo lượng triti trong nước.

Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄

Ứng dụng

Các hạt carbide nhôm phân tán đều trong lưới tinh thể làm giảm xu hướng bị dão của vật liệu, đặc biệt là khi kết hợp với các hạt carbide silic^[3].

Vật liệu composit nhôm-carbide nhôm có thể được tạo ra bằng tạo hợp kim cơ học, bằng cách nghiền bột nhôm với các hạt than chì.

Carbide nhôm có thể được dùng như là vật liệu mài mòn trong các công cụ cắt tốc độ cao^[4]. Nó có độ cứng xấp xỉ như topaz^[5].

Carbide nhôm cũng được sử dụng trong pháo hoa, chẳng hạn để thu được hiệu ứng đom đóm.

Tham khảo

1. Urena, S. Gomez De, Gil, Escalera và Baldonedo (1999). “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. 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. Bản gốc lưu trữ ngày 15 tháng 8 năm 2007. Truy cập ngày 7 tháng 10 năm 2007.
3. S. J. Zhu, L. M. Peng, Q. Zhou, Z. Y. Ma, K. Kucharova, J. Cadek (1998). “Creep behaviour of aluminium strengthened by fine aluminium carbide particles and reinforced by silicon carbide particulates DS Al-SiC/Al4C3composites”. Acta Technica CSAV (5): 435–455. Bản gốc (tóm tắt) lưu trữ ngày 22 tháng 2 năm 2005. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2009.
4. Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 6.033.789
5. E. Pietsch (chủ biên): "Gmelins Hanbuch der anorganischen Chemie: Aluminium, Teil A", Verlag Chemie, Berlin, 1934–1935.