Карбиды

Карбиды

Карбидами называют бинарные химические вещества, в которых углерод связан с металлами или некоторыми неметаллами – кремнием, бором. Их еще называют углеродистыми соединениями. Среди карбидов выделяют группы солеобразных, ковалентных и металлоподобных.

Солеобразные образуют более активные металлы и редкоземы, ковалентные бор и кремний, металлоподобные – тяжелые неактивные металлы. В металлоподобных карбидах может быть разное соотношение атомов углерода и металла, не связанное с валентностью. Их еще называют карбиды внедрения.

Получают карбиды электролизом, газофазным осаждением, с помощью реакций науглероживания металлов или их оксидов чистым углеродом, углекислым или угарным газом. Выпускают их в виде порошков или отливок и соответственно формы выпуска делят на спеченные и литые.

Изредка карбиды встречаются в природе. Например, карборунд, или карбид кремния. Но его находят только в составе метеоритов.

Уникальные свойства карбидов

Металлоподобные карбиды ценятся за химическую инертность, термостойкость, прочность. По твердости карбиды кремния, бора, циркония, молибдена, титана, тантала близки к корунду. Углеродистый вольфрам чуть уступает алмазу и равноценен корунду – из 10 максимальных баллов 9 по шкале твердости Мооса.

Карбиды малоактивных металлов почти не растворяются даже в самых агрессивных кислотах. Благодаря химической инертности эти карбиды почти не подвержены коррозии.  Углеродистые соединения малоактивных металлов не разлагаются при самых высоких температурах. Большинство металлоподобных карбидов превосходит по тугоплавкости чистые металлы. Рекордсмены по этому показателю – углеродистые гафний и тантал с температурами плавления 3982^°С и 3986^°С.

Карбиды активных и среднеактивных металлов, некоторых неметаллов взаимодействуют с водой. Некоторые при обычных условиях с выделением энергии, даже с взрывом, как карбид кальция. А чтобы карбид кремния прореагировал с водой, ее пары надо нагреть до 1850^°С. Реакциями карбидов с водой получают разные углеводороды. Например, из карбида алюминия – метан.

Для чего применяют карбиды

Из солеобразных карбидов делают каталитические, восстановительные и раскислительные составы для промышленного синтеза. Также из них получают углеводородную газовую смесь. По преобладанию одного или другого углеводорода в этой газовой смеси солеобразные карбиды делятся на ацетилениды и метаниды.

Метанидами считаются карбиды бериллия, алюминия, магния. Из них получают метан. Главный ацетиленид – карбид кальция. Ацетилен из него производят в специальных генераторах. Еще к ацетиленидам относят карбиды натрия и калия.

Из углеродистых бора и кремния делают нагревательные элементы, огнеупоры, абразивные полировально-шлифовальные круги для обработки поверхности металлических материалов и изделий. И карбида кремния производят полупроводники для транзисторов, светодиодов и разрядников, его используют в пескоструйной обработке и водоструйной резке. Карборунд используют для выпуска наждачной бумаги, композитной брони, бронежилетов, дисковых тормозов, дизельных фильтров. Карбид бора служит поглотителем нейтронов в атомных реакторах.

Металлоподобными карбидами молибдена, хрома и железа в порошковой форме цементируют поверхность изделий из чугуна и стали. Из углеродистых ванадия, тантала, титана и вольфрама создают сплавы для термостойкого покрытия деталей электротехнического оборудования. Также эти сверхтвердые сплавы нужны для породоразрушающих буров и металлорежущих инструментов.

Тонкое вольфрамокарбидное покрытие существенно замедляет износ деталей, не дает образоваться окалине при нагреве. Наносят на детали углеродистый вольфрам путем плазменного напыления.