1. Аналітичний огляд
1.1 Карбід кремнію на нитридной зв'язці як тугоплавке з'єднання
Поняття тугоплавкости змінюється з часом, і температурна межа, що відповідає цьому поняттю, безперервно зростає. Нерідко її значення доходить до 3000 ° С. Однак правильніше вважати за кордон - температуру плавлення заліза (+1539 ° С), що є основою численних «Не тугоплавких» матеріалів типу сталей, чавунів і інших залізовуглецевих сплавів. Така межа вважається умовною і відповідає рівню технічного розвитку матеріалів. Маючи на увазі, що найтугоплавкіший метал - вольфрам плавиться при температурі 3340 ° С, а найтугоплавкіший неметалл - вуглець при температурі - 3700 ° С, можна умовно вважати, що тугоплавкими є метали, сплави, сполуки, температури плавлення яких знаходяться в інтервалі від 1600 ° С до 4000 ° С, тобто до тієї межі, вище якої температура плавлення речовин поки не відомі в звичайних умовах. Подальший зсув цієї верхньої межі, а також зміна поняття тугоплавкости можливо тільки при надвисоких тисках (порядку мегабар), коли спочатку ліквідуються електронні оболонки атомів, а потім впроваджуються електрони в ядра з реакцією внутрішньоядерних протонів з електронами, що призводить до утворення сверхплотной і сверхтугоплавкие нейтронної матерії.
Однак нерідко до тугоплавким відносять і речовини з температурою плавлення нижче 1500-1600 ° С, але не належать до речовин традиційним, особливо по типу хімічного зв'язку наближаються до речовин, які прийнято називати тугоплавкими. Віднесення до класу тугоплавких речовин з одним і тим же типом хімічного зв'язку, але не тугоплавких по точці плавлення кілька умовно, але викликано практичною доцільністю.
Таким чином, до тугоплавким металів, сплавів і з'єднанням прийнято відносити речовини, що плавляться при температурі вище 1500-1600 ° С, однак на практиці до них відносять нерідко і речовини з більш низькими температурами плавлення, але мають схожість в типі хімічного зв'язку і деяких інших, крім точки плавлення, властивостях.
Як відомо, всі елементи періодичної системи поділяються на групи електронних аналогів, яких мають аналогічну будову електронних оболонок:
s-елементи, що мають зовнішні повністю забудовані або недобудовані s-оболонки (лужні метали, метали підгрупи міді, берилій, магній, лужноземельні метали і метали підгрупи цинку, тобто всі елементи I і II груп періодичної системи).
d- і f-елементи, що мають недобудовані d- і f-оболонки (перехідні d-метали, лантоноіди, Актиноїди).
sp-елементи, що мають валентні s-, p-електрони (неметали, напівметали, вироджені неметали).
Відповідно цьому тугоплавкі сполуки доцільно підрозділити на наступні групи:
металоподібними тугоплавкі сполуки, утворені в основному (d і f-перехідними металами, а також деякими s-металами) з sp-елементами, тобто неметалами;
Металеві тугоплавкі сполуки, утворені в основному d і f - перехідними металами, а також напівметалу і вираженими металами з sp-групи електронних аналогів;
Неметалічні тугоплавкі сполуки, утворені в основному взаємними поєднаннями неметалів, а також за участю полуметаллов і вироджених металів.
До металоподібними тугоплавким сполук відносяться бориди карбіди, нітриди, силіциди, фосфіди, сульфіди перехідних металів, а також тих s-елементів, у яких в стані ізольованих атомів є незаповнені глибокі d- і f-рівні.
При з'єднанні атомів металів з атомами неметалів обидва сорти прагнуть утворити енергетично найбільш стійкі в даних умовах електронні конфігурації, яким відповідає мінімум запасу вільної енергії.
При утворенні карбідів атом вуглецю вже внаслідок s? p - переходу може придбати енергетично стабільну конфігурацію sp3, яка, однак, схильна до участі в равновесиях типу sp3 sp2 + p, внаслідок чого зміщення цієї рівноваги в напрямку sp3, тобто стабілізація sp3-конфігурацій, можливо за умови надлишку електронів, переданих металевим параметром - перехідним металом. Тому при такому сильному донорі електронів, яким є титан, відбувається стабілізація sp3 - конфігурацій (що викликає, наприклад, високу твердість карбіду титану TiC) і залишається велика частка що не беруть участь в хімічній зв'язку електронів, які знижую температуру плавлення цього карбіду в порівнянні з карбідами перехідних металів V групи (ніобію, танталу), де при менш стійкою стабілізації sp3 - конфігурацій мається менший запас «нестійких» електронів (менша твердість, але більш висока температура плавлення NbC в порівнянні з TiC). При переході до карбіду вольфраму можливості стабілізації sp3 - конфігурацій за рахунок слабкого донора - вольфраму настільки знижується, що цей карбід набуває деяку пл...
