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Was ist Siliziumcarbid ?
Siliziumcarbid SiC (auch Siliziumkarbid,
Siliciumcarbid, Moissanit (Carborundum , Carborund)) ist eine
zur Gruppe der Carbide gehörende chemische Verbindung aus den
Elementen Silicium und Kohlenstoff.
Carbide sind chemische Verbindungen aus
einem Element (bei Siliziumcarbid das Element Silizium) und
Kohlenstoff (C). Zu der Gruppe der Carbide zählen
salzartige Verbindungen (z. B. Calciumcarbid, (CaC2),
Lithiumcarbid (Li2C2), Berylliumcarbid (Be2C),
Magnesiumcarbid (Mg2C3), Aluminiumcarbid
(Al4C3) und metallische Carbide.
Metallische Carbide werden von den Elementen der 4.–6. Nebengruppe
des Periodensystems gebildet (z.B. Titan, Tantal und Wolfram).
Im Sprachgebrauch wird Carbid (oder auch Karbid)) oftmals gleichgesetzt mit Calciumcarbid. In Verbindung mit Wasser reagiert Calciumkarbid zu Acetylen. Acetylen kann vielfach angewandt werden (siehe Calciumcarbid). Damit wurde (und wird?) auch schon mal Unsinn gemacht.
Findet man Siliziumcarbid in der Natur?
SiC. Silizium und Kohlenstoff.
Beide
Elemente wurden bei der Bildung neuer Sterne nach dem Urknall in
Fusionsprozessen gebildet, schwerere Elemente ab Nickel in der
Energie von Supernova- Explosionen. Insgesamt 82 stabile
Elemente. Aus diesen 82 Elementen bildete sich vor 4,3 Milliarden
Jahren die Erde und entwickelte den Stand, den wir heute kennen;
inklusive der Entwiklung der Evolution, die menschliche Entwicklung
einbezogen. Und das war es, mehr stabile Elemente wird es nicht
geben. Die Menschheit sollte vorsichtiger mit den Ressourcen
umgehen.
Die zwei Elemente Silizium und
Kohlenstoff kommen die in der Anzahl der 82 stabilen Elementen
unserer Erde vielfach vor. Silizium ist nach Sauerstoff
bezogen auf den Masseanteil das zweithäufigste Element.
Kohlenstoff besitzt die Fähigkeit zur Bildung komplexer
Moleküle und weist von allen chemischen Elementen die größte
Vielfalt an chemischen Verbindungen auf. Diese Eigenschaft macht
Kohlenstoff und seine Verbindungen zur Grundlage des Lebens auf der
Erde.
Resultierend sollte man annehmen, daß Siliziumcarbid häufig natürlich kristallisiert zu finden ist. Wie zum Beispiel Siliziumdioxid. Aber dies ist nicht der Fall! Siliciumcarbid bildet sich bei Temperaturen von mehr als ca. 2000 °C. Solche Temperaturen treten im unteren Erdmantel auf, entsprechend ist in der Erde kristallisiertes natürliches SiC mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht in der Erdkruste zu finden. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass Meteoriten das Mineral auf die Erde bringen. Das ist tatsächlich der Fall. Im Mineralienatlas werden unter dem Stichwort Moussanite Fundorte genannt. Seriös ist hier jedoch eigentlich nur der Fundort in der Schlucht des Diabolo-Kraters in der Wüste von Arizona. Hier stürzte vor 50000 Jahren ein großer Meteorit ab, dessen Kern tatsächlich SiC enthielt.Moissanit ist in der industriellen Anwendung ausschließlich ein künstlicher Edelstein. Die optischen Eigenschaften können die eines Diamanten übertreffen, so dass er sogar stärker zu schimmern und funkeln scheint als ein Diamant. Durch seine Eigenschaften wurde Moissanit zu einem beliebten Diamantimitat unter Juwelierhändlern.
Silizium und Kohlenstoff sind in derselben Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente angeordnet, daher besitzt Siliziumcarbid ähnliche Eigenschaften wie Diamant (reiner Kohlenstoff). Siliciumcarbid ist selbst bei höheren Temperaturen gegen Sauerstoff relativ oxidationsbeständig durch Bildung einer passivierenden Schicht aus Siliciumdioxid (SiO2, „passive Oxidation“). Interessant ist dadurch der farbliche Charakter des Siliziumkarbids.
Resumee: Siliziumcarbid wird für alle
gebräuchlichen Anwendungen künstlich hergestellt
Wie und wo wird Siliziumcarbid künstlich erzeugt
Hochreines
Siliciumcarbid ist farblos. Technisches Siliciumcarbid
ist schwarz (verursacht durch Aluminiumoxid Al2O3)
bis dunkelgrün grün und nimmt mit zunehmender Reinheit Farbtöne bis
flaschengrün an.
Schwarz und schillernd: so sieht das von
ESD-SIV bv für den Förderverein des Naturmuseums kostenlos bereit
gestellte Siliziumcarbid aus.
ESD-SIC
bv stellt aus den Rohstoffen Sand und Petrolkoks Siliciumcarbid
(SiC) her. Grundlage des Herstellungsprozesses ist das
Acheson-Verfahren (nach
Edward Goodrich Acheson).
Eine
Skizze
des Produktionsprozesses .
Aus der Internetseite von ESD-SIC
bv :
In
einer endothermen Reaktion entsteht so hexagonales
α-Siliciumcarbid. Grundlage ist das Sand und Koks im
richtigen Verhältnis zu Reaktionsmaterial vermischt werden
Dieses Gemisch wird zu einem großen Haufen im Ofen aufgetürmt. In
der Mitte dieses Ofens befindet sich ein Graphitkern, der als
Stromleiter dient. Um die während des Produktionsprozesses
freigesetzten Prozessgase aufzufangen, zu entschwefeln und zur
Energieerzeugung wiederzuverwenden, wird der Ofen mit einer
Kunststofffolie abgedeckt.
An den Graphitkern, der an einen Transformator angeschlossen wird,
wird eine elektrische Spannung angelegt. Infolge des Widerstands
steigt die Temperatur im Kern des aufgebauten Ofens auf ca. 2500
°C. Bei dieser Temperatur werden Sand und Koks zerlegt und
entsteht das SiC-Kristall. Für das intensive Erhitzen des Ofens
wird sehr viel Elektrizität benötigt, so dass der Prozess sehr
energieintensiv ist.
Siliciumcarbid ist ein Stoff, der
unter anderem als Scheuer- und Schleifmittel sowie als
hitzebeständiger Werkstoff unter anderem für Dieselrußfilter und
als Zusatzstoff für Gusseisen verwendet wird.
Natürlich gibt es eine Reihe weiterer
Hersteller. Das Anwendungsgebiet des SiC ist sehr weitläufig.
bei Interesse lohnt sich eine ergänzende Recherche im Internet oder
in der Fachliteratur. Eine wesentliche Rolle wird SiC in der
Elektromobilität übernehmen, siehe dazu eine Aussicht
aus next mobility news. .
Letzte Änderung: 19.04.2024