Hispanopedia WikiEl carburo de aluminio es un compuesto químico con la fórmula química Al₄C₃ . Es un carburo de aluminio . Tiene la apariencia de cristales de color amarillo pálido a marrón. Es estable hasta 1400 ° C (2550 °F) . Se descompone en agua produciendo metano .
Preparación
El carburo de aluminio se prepara mediante la reacción directa de aluminio y carbono en un horno de arco eléctrico . [ 5 ]
- 4 Al + 3 C → Al 4 C 3
Una reacción alternativa comienza con alúmina, pero es menos favorable debido a la generación de monóxido de carbono .
- 2 Al 2 O 3 + 9 C → Al 4 C 3 + 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 . [ 6 ]
- 4 Al + 3 SiC → Al 4 C 3 + 3 Si
Reacciones
El carburo de aluminio se hidroliza con desprendimiento de metano [ 7 ] y cantidades considerables de calor. [ 8 ]
- Al 4 C 3 + 12 H 2 O → 4 Al(OH) 3 + 3 CH 4
En un estudio , se observó que la adición de 10 g de Al₄C₃ a 10 g de agua alcanzaba una temperatura máxima de 387 °F (197 °C) en 11 minutos, mientras que en otro, la adición de 20 g de Al₄C₃ a 10 g de agua alcanzaba una temperatura máxima de 280 ° F (138 °C) . Invirtiendo el orden y añadiendo 10 g de agua a 20 g de Al₄C₃ se alcanzaba una temperatura máxima de 349 °F (176 °C) . [ 8 ]
Se producen reacciones similares con otros reactivos próticos: [ 1 ]
- Al 4 C 3 + 12 HCl → 4 AlCl 3 + 3 CH 4
Materiales compuestos
El prensado isostático en caliente reactivo (hipping) a ≈ 40 megapascales (390 atm) de las mezclas apropiadas de Ti, Al 4 C 3 -grafito, durante 15 horas a 1300 °C (2370 °F) produce predominantemente muestras monofásicas de Ti 2 AlC 0.5 N 0.5 , 30 horas a 1300 °C (2370 °F) produce predominantemente muestras monofásicas de Ti 2 AlC (carburo de titanio y aluminio). [ 9 ]
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. [ 10 ] Esta tendencia puede disminuirse 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 . [ 11 ]
Un material compuesto de aluminio y carburo de aluminio se puede fabricar mediante aleación mecánica, mezclando polvo de aluminio con partículas de grafito .
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 formar una disposición tetraédrica. Los átomos de carbono existen en dos 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. [ 5 ] [ 12 ]
Aparición
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 producto de corrosión de los electrodos de grafito. [ 13 ]
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 suele formarse como subproducto. En el caso de la fibra de carbono, reacciona con la matriz de aluminio a temperaturas superiores a 500 °C (932 °F) ; se puede lograr una mejor humectación de la fibra e inhibir la reacción química recubriéndola, por ejemplo, con boruro de titanio .
Aplicaciones
Las partículas de carburo de aluminio finamente dispersas en la matriz de aluminio reducen la tendencia del material a la fluencia , especialmente en combinación con partículas de carburo de silicio . [ 14 ]
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
Referencias
- 1 2 3 Mary Eagleson (1994). Enciclopedia concisa de química . Walter de Gruyter. pág . 52. ISBN 978-3-11-011451-5.
- 1 2 Sigma-Aldrich Co. , polvo de carburo de aluminio .
- ^ Gesing , Thorsten M.; Jeitschko, Wolfgang (1 de febrero de 1995). "La estructura cristalina y propiedades químicas del U 2 Al 3 C 4 y el refinamiento de la estructura del Al 4 C 3 " . Zeitschrift für Naturforschung B . 50 (2). Verlag der Zeitschrift für Naturforschung: 196– 200. doi : 10.1515/znb-1995-0206 .
- 1 2 "Ficha de datos de seguridad del carburo de aluminio" (pdf) . fishersci.com . Thermo Fisher Scientific. 30 de marzo de 2024. pág. 3. Consultado el 25 de agosto de 2025 .
- 1 2 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. p. 297. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ↑ Deborah DL Chung (2010). Materiales compuestos: materiales funcionales para tecnologías modernas . Springer. pág. 315. ISBN 978-1-84882-830-8.
- ↑ Análisis inorgánico cualitativo . Archivo CUP. 1954. pág. 102.
- 1 2 Kaye, Seymour M.; Herman, Henry L. (1 de enero de 1983). "W - Agua, sus reacciones peligrosas y su uso en materiales energéticos". Enciclopedia de explosivos y artículos relacionados. Volumen 10 (PDF) . Dover, NJ: Picatinny Arsenal. pp. W10– W11 . Recuperado el 25 de agosto de 2025 .
- ^ Barsoum, MW; El-Raghy, T.; Ali, M. (30 de junio de 1999). "Procesamiento y caracterización de Ti 2 AlC, Ti 2 AlN y Ti 2 AlC 0,5 N 0,5 ". Transacciones Metalúrgicas y de Materiales A . 31 (7): 1857–1865 . doi : 10.1007/s11661-006-0243-3 . S2CID 138590417 .
- ↑ Urena; Salazar, Gomez De; Gil; Escalera; Baldonedo (1999). "Estudio mediante microscopía electrónica de barrido y transmisión de los cambios microestructurales que ocurren en compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas de SiC durante la fundición y la 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: Aleación de Al A359 reforzada con partículas de SiC de forma irregular" . MMC-ASSESS Metal Matrix Composites. Archivado del original el 15 de agosto de 2007. Consultado el 7 de octubre de 2007 .
- ↑ Solozhenko, Vladimir L.; Kurakevych, Oleksandr O. (2005). "Ecuación de estado del carburo de aluminio Al 4 C 3 ". Solid State Communications . 133 (6): 385– 388. Bibcode : 2005SSCom.133..385S . doi : 10.1016/j.ssc.2004.11.030 . ISSN 0038-1098 .
- ↑ Thonstad, Jomar; Grjotheim, K.; Malinovský, M.; Malinovský, K.; Krohn, C. (2001). Electrólisis del aluminio: fundamentos del proceso Hall-Héroult (3.ª ed.). Düsseldorf, Alemania: Aluminium-Verlag Marketing & Kommunikation. pág. 314. ISBN 978-3-87017-270-1.
- ↑ Zhu, SJ; Peng, LM; Zhou, Q; Ma, ZY; Kuchařová, K; Čadek, J (agosto de 1999). "Comportamiento de fluencia del aluminio reforzado con partículas finas de carburo de aluminio y partículas de carburo de silicio: compuestos DS Al–SiC/Al4C3". Materials Science and Engineering: A. 268 ( 1–2 ) : 236–245 . doi : 10.1016/S0921-5093(98)01119-8 .
- Carburos
- compuestos de aluminio