El carburo de aluminio , de fórmula química Al 4 C 3 , es un carburo de aluminio . Tiene el aspecto de cristales de color amarillo pálido a marrón. Es estable hasta 1400 °C. Se descompone en agua con producción de metano.
El carburo de aluminio tiene una estructura cristalina inusual que consiste en capas alternas de Al 2 C y Al 2 C 2 . Cada átomo de aluminio está coordinado a 4 átomos de carbono para dar una disposición tetraédrica. Los átomos de carbono existen en 2 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. [3] [4] Otros carburos ( nomenclatura IUPAC : meturos ) también exhiben estructuras complejas.
El carburo de aluminio se hidroliza con desprendimiento de metano . La reacción se produce a temperatura ambiente, pero se acelera rápidamente con el calor. [5]
Se producen reacciones similares con otros reactivos próticos: [1]
El prensado isostático reactivo en caliente (hipping) a ≈40 MPa de las mezclas apropiadas de grafito Ti, Al 4 C 3 , durante 15 horas a 1300 °C produce muestras predominantemente monofásicas de Ti 2 AlC 0,5 N 0,5 , 30 horas a 1300 °C producen muestras predominantemente monofásicas de Ti 2 AlC (carburo de aluminio y titanio). [6]
El carburo de aluminio se prepara mediante la reacción directa de aluminio y carbono en un horno de arco eléctrico . [3]
Una reacción alternativa comienza con alúmina, pero es menos favorable debido a la generación de monóxido de carbono .
El carburo de silicio también reacciona con el aluminio para producir Al 4 C 3 . Esta conversión limita las aplicaciones mecánicas del SiC, porque el Al 4 C 3 es más frágil que el SiC. [7]
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. [8] Esta tendencia se puede disminuir 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 . [9]
Se puede fabricar un material compuesto de carburo de aluminio y aluminio mediante aleación mecánica, mezclando polvo de aluminio con partículas de grafito .
Las 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 un producto de corrosión de los electrodos de grafito. [10]
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 se forma a menudo como un producto no deseado. En el caso de la fibra de carbono, reacciona con la matriz de aluminio a temperaturas superiores a 500 °C; se puede lograr una mejor humectación de la fibra y la inhibición de la reacción química recubriéndola con, por ejemplo, boruro de titanio . [ cita requerida ]
Las partículas de carburo de aluminio finamente dispersas en la matriz de aluminio reducen la tendencia del material a deslizarse , especialmente en combinación con partículas de carburo de silicio . [11]
El carburo de aluminio se puede utilizar como abrasivo en herramientas de corte de alta velocidad . [12] Tiene aproximadamente la misma dureza que el topacio . [13]
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