Карбид: что это такое. Свойства, производство, применение

instrument.guru > Металлообработка > Карбид: что это такое. Свойства, производство, применение

Карбиды металлов — это соединения, которые не являются природными, получают их только искусственным путем. Первое упоминание о создании этого вещества относится к началу 19 века, его синтезировал англичанин Деви в своей лаборатории. Позже были созданы и другие соединения. В детстве многие любили взрывать это вещество, но далеко не все понимают, что же представляет из себя это соединение.

Оглавление:

• Состав и виды карбидов
• Свойства
• Производство карбида
• Применение в промышленности
• Хранение и транспортировка
• Стоимость

Состав и виды карбидов

Карбиды не являются отдельным веществом. Это соединение углерода с металлами и неметаллами. Причем, следует учитывать, что углерод должен обладать большей электроотрицательностью в получаемом веществе по сравнению с другими используемыми элементами. Это дает возможность избежать производства галогенов, оксидов и других углеродных соединений.

На сегодняшний день различают три вида карбида, состав которых отличен друг от друга:

1. Ковалентные соединения. К данному виду относят два элемента — кремний и бром. Это соединения с прочной межатомной связью, что обеспечивает высокую температуру плавления и химическую инертность. Окисление веществ данной группы возможно только при их нагреве свыше 1000 градусов Цельсия. Твердость вещества с бромом настолько высока, что способна конкурировать даже с алмазами. Вещество с кремнием менее прочное, но 8 баллов по шкале Мооса имеет. При этом растворить данное вещество возможно только в царской водке или с помощью концентрированной азотной или плавиковой кислоты.
2. Ионные соединения или солеобразные. Вещества данной группы образуются с помощью металлов 1 и 2 группы таблицы Менделеева, а также алюминием. Данные соединения характеризуются высокой температурой плавления. Карбиды ионного вида распадаются под воздействием воды и кислот. При протекании реакции выделяется углеводород и остается гидроксид металла.
3. Ионно-ковалентно-металлические или металлоподобные соединения. Образуются с помощью металлов с 4 по 8 группу, а также кобальтом, никелем и железом. Отличительная особенность металлоподобных веществ — это высокая прочность и температура плавления. Данный вид соединений делится на два типа:

• Ацетилениды — при гидролизе образуют этин или ацетилен. Карбид кальция относится к данному типу соединений.
• Метаниды — при вступлении в реакцию с водой или разбавленными кислотами образуют метан. Чаще бесцветны. Сюда относят карбид алюминия, магния, бериллия.

Свойства

Благодаря своим свойствам, эти соединения нашли широкое применение в машиностроении, а также в строительстве.

1. Высокая твердость материала. У различных соединений она варьируется, но всегда остается выше средней. Они являются самыми твердыми минералами.
2. Температура плавления. Практически всегда она выше температуры плавления металла входящего в соединение и может превышать 2000 градусов.
3. Устойчивость к коррозии. Многие соединения не вступают в реакцию с различными кислотами и довольно устойчивы к внешним агрессивным факторам.
4. Взаимодействие с водой. Практически все карбидные соединения вступают в реакцию с водой, например, при взаимодействии с карбидом кальция можно его взрывать. Условия взаимодействия могут отличаться и зависят от характера связи в соединении.

Производство карбида

Ковалентные и солеобразные соединения получают простым методом. В электрическую печь помещают смесь из дробленого кокса и оксида металла и нагревают. При высоких температурах оксид элемента вступает в реакцию с коксом. При таком способе часть кокса, которая состоит из углерода, соединяется с атомами элемента, входящими в оксид. В результате образуется требуемый карбид и угарный газ. Готовую расплавленную смесь разливают по специальным формам, а после застывания дробят и сортируют по размеру гранул. Несмотря на простоту данного способа, получение карбида с его помощью является довольно энергозатратным, поскольку требует поддержания высоких температур (1600-2500 градусов) на всем протяжении реакции.

Существуют и альтернативные способы получения некоторых видов веществ. Как правило, это разложение соединения в результате которого и получается требуемый элемент. Формула распада будет отличаться в зависимости от конкретного соединения.

Применение в промышленности

Карбид кальция является важным соединением для получения ацетилена, газа, который используется при кислородной сварке и обработке металлов. При горении с кислородом ацетилен способен достигать 3150 градусов Цельсия. Это позволяет работать с тугоплавкими металлами, требующими температуру вдвое большую,чем температура плавления самого металла.

Карбид бора используется как огнеупорный материал, поскольку температура плавления такого соединения выше 2400 градусов. При этом он же встречается в бронежилетах,так как способен защитить не только от пуль и осколков, но и от радиации. Для покрытия промышленного и строительного инструмента используют карбид титана. Его прочность позволяет повысить износостойкость деталей и обрабатывать даже самые прочные материалы.

Хранение и транспортировка

Поскольку карбид при вступлении в реакцию с влагой приводит к выделению большого количества тепла и взрывоопасного газа ацетилена, хранят данное вещество в герметичных баках или барабанах. Работа с такими баками требует особой осторожности. Газ ацетилен легче воздуха и способен самовоспламеняться, при этом обладает наркотическим действием. При вскрытии барабанов с карбидом используют специальный инструмент, исключающий возникновение искр, а при попадании вещества на кожу требуется немедленно промыть водой пораженный участок и смазать жирным кремом.

Помещения хранения должны хорошо проветриваться, а содержание других веществ по соседству — запрещено. Это может привести к опасным реакциям. Неправильное хранение может как взорвать карбид, так и привести его в негодное состояние.

Срок хранения доходит всего до полугода.

Перевозка осуществляется только крытым транспортом. Воздушная доставка запрещена.

Стоимость

На рынке карбид кальция можно приобрести по цене 80 рублей за килограмм. Продают данную смесь в бочках или специальных мешках. Ненамного дороже вещество с кремнием. Его стоимость составляет 82 рубля за килограмм. А вот, карбид вольфрама обойдется в 1400 рублей за кило. Причем, может быть установлен минимальный вес покупки, например, от 10 кг. Карбид бора будет стоить еще дороже — от 2000 рублей, причем фасовка начинается от 35 килограмм. Стоимость же соединений с гафнием или молибденом оговаривается с поставщиком отдельно.

Что такое карбид кальция: особенности вещества и его применение в сварке

Многие люди не понаслышке знают, что такое карбид натрия или кальция. В 80-х годах даже крохотный кусок этой твердой коричневатой или серой субстанции считался огромным богатством, особенно для маленьких детей, которые так любили с ним играться. Все дело в том, что при контакте с водой вещество вступает в термическую реакцию, выделяя дым. Запах карбида напоминает аромат чеснока.

• Карбид кальция в сварке
• Особенности применения
• Требования безопасности

Для сварочных работ карбид является чуть ли не идеальным веществом, потому что при взаимодействии с водой выделяет в окружающее пространство летучий газ ацетилен, который служит основой металлизации, напайки, кислородной сварки и множества иных процессов, относящихся к обработке металлических сплавов.

Создается этот состав при очень высокой температуре (до 2400 градусов) посредством расплавления негашеной извести и кокса внутри электродуговой печки. Затем раскаленное жидкое вещество помещается в специальные формы (изложницы), где оно застывает и твердеет. Затем карбид раскалывают на кусочки размером не более 8 см. В итоге полученная субстанция будет состоять примерно на 78% из карбида кальция, а остальные 22% — это известковые окиси, примеси и иные вещества.

Так как при воздействии воды карбид выделяет большое количество ацетиленового газа и тепловой энергии, это существенно затрудняет его хранение. Чтобы избежать порчи вещества, его нередко укладывают в герметичные стальные резервуары. При открытии этих металлических сосудов необходимо избегать открытого пламени и искр, иначе могут быть печальные последствия.

Карбидная пыль (частички до 2 мм) непригодна для применения, потому что растворяется в воде практически моментально. Кроме того, при хранении большого количества пыли увеличивается риск, что применение состава в итоге приведет к взрыву резервуара. Специалисты отмечают, что килограмм рассматриваемого вещества способен выделить при взаимодействии с водой более 260 кубических дюймов ацетилена.

Карбид часто используется для газовой резки и сварки. При горении ацетилен контактирует с кислородом и достигает температуры 3150, что делает этот газ совершенно незаменимым при обработке тугоплавких металлических сплавов. В целях безопасности ацетилен делают в особых генераторах на основе угля, нефти, природного газа или карбида кальция.

Особенности применения

В сварке это вещество используют везде. Делают это по следующей схеме:

1. Кусочки карбида помещаются в корзинку. Оптимальный размер элементов — 8 см. Такие «камешки» смогут обеспечить оптимальную выработку ацетиленового газа. Специалисты не советуют насыпать в генератор карбидную пыль. Частички менее 2 мм в диаметре почти мгновенно выделяют ацетилен, что может привести к взрыву оборудования.
2. Корзину ставят в специальный резервуар с водой. Его горловину нужно закрыть плотной крышкой с винтовым креплением.
3. Посредством вращения винтового маховика корзина с кусками вещества погружаются в воду, начинается генерация ацетиленового газа. Уменьшая/увеличивая глубину погружения корзины можно регулировать интенсивность выработки ацетилена, поддерживая в горелке устройства для сварки оптимальную интенсивность.

Карбид при сварочных работах выполняет функции топлива, насыщающего генератор газа. И без его применения будет трудно применять ацетиленовую горелку. Ведь газовый баллон очень нелегко перемещать. А карбидные кусочки достаточно положить в герметичный сосуд и транспортировать на совершенно любые расстояния, предотвратив появление влаги.

В связи с тем, что это опасный материал, работать с ним нужно, строго соблюдая правила безопасности. Основные правила, которые обязательно должны выполнять при сварке с помощью карбида:

1. Не забывайте, что карбид очень активно реагирует на воздействие воды и воздуха.
2. Хранить вещество необходимо исключительно в герметичном и сухом месте.
3. Вещество является очень взрывоопасным, потому открытое пламя и искры возле него категорически запрещены.
4. Карбидная пыль может вызвать раздражение слизистых и кожного покрова, потому при работе с ней нужно обязательно пользоваться защитными очками, перчатками и респиратором.
5. Монтаж ацетиленовых генераторов запрещено в подвалах.
6. После окончания сварки с помощью карбидных кусочков, нужно «доработать» остатки вещества в генераторы. Полученные шлаки следует помещать в специальный бункер или яму.
7. Также запрещено курить при работе с этим материалом.
8. Точки и удары при перевозке баллонов с газом крайне опасны и могут привести к трагическим последствиям.

Соблюдая эти правила, можно безопасно пользоваться карбидом для сварки. Кроме того, это вещество позволяет сэкономить и сократить расход ацетилена.

Что такое карбид. Свойства карбида. Применение карбида

Забава детства. Так многие вспоминают о карбиде, особенно бывшие мальчишки, а ныне, конечно, взрослые мужчины.

Они брали камешки на строительных рынках. Покупать не покупали, а так, таскали с развалов и из кузовов грузовиков.

Добычу клали в бутылки, заливали водой, закрывали, встряхивали. Оставалось кинуть тару и полюбоваться взрывом.

Любовались и белесыми пузырями, которые карбид давал, попадая в лужи. Однако, кому обязаны таким весельем, сорванцы прошлых лет, зачастую не знали.

Что такое карбид? Попробуем ответить на вопрос, кажущийся неважным в детстве.

Что такое карбид

Карбит – не конкретное вещество, а группа соединений элементов с углеродом. Последний должен быть более электроотрицательным, чем «сосед».

Это обязательное условие, исключающее из ряда карбидов галогениды и оксиды углерода.

Под электроотрицательностью понимается способность атома сдвигать к себе электроны других веществ.

Электротрицательность углерода равна 2,6. Это данные шкалы Полинга. Она выстроена с учетом, что ионность в ковалентной связи делает эту связь прочнее.

Получается, электротрицательность вторых элементов в карбидах должна быть меньше 2,6.

Большинство подходящих элементов – металлы. Но, около 15% карбидов их не содержат.

Внешне карбиды – кристаллические, как правило, бесцветные, прозрачные вещества. Блеск у них алмазный.

Им соединения обязаны углероду, который является основой не только карбидов, но и алмазов.

По сути, герои статьи являются бриллиантами, в которых часть атомов замещена другими элементами.

Есть и цветные дуэты с углеродом, к примеру, карбид железа. Это всем знакомый цемент. Окрас у соединения серый.

Получается, свойства карбидов могут разниться. Несовпадения рассмотрим в главе «Виды». Пока же, изучим общие характеристики класса соединений.

Свойства карбида

К общим свойствам карбидов относится твердость. Она может быть больше, или меньше, но всегда выше среднего.

У некоторых представителей группы показатель близок к корунду и алмазу. Это самые твердые минералы на земле.

Особенно отличились карбиды переходных металлов. Это элементы побочных подгрупп периодической системы. У всех переходных металлов есть электроны на d- и f-орбиталях.

Обобщает карбиды и высокая температура плавления. Как правило, она выше, чем у входящего в соединение металла.

Если он из переходных, размягчение может начинаться лишь при 3000 градусов Цельсия.

Интересно, что температура плавления поднимается вместе с номером группы, к коей принадлежит «сосед» углерода.

Наиболее тугоплавкими являются карбиды с элементами из 5-7-ой групп таблицы Менделеева.

Где карбид можно понять по структуре соединений. Их решетки, зачастую, дефектны.

Это значит, есть отклонения от теоретической схемы, разрывы и смещения. Именно поэтому свойства карбидов могут в 100, а то и 1000 раз разниться с высчитанными по формулам.

Так, многие соединения класса устойчивы к коррозии и не растворяются в большинстве кислот.

Виды карбидов

Основных видов карбидов три. Первый – ковалентные соединения. Валентность – предрасположенность к определенному числу химических связей.

Ковалентная связь – это перекрытие валентных облаков разных элементов. То есть, у них образуются общие электронные пары. Именно такие лежат в основе ковалентных карбидов.

К ковалентным относятся карбиды лишь двух элементов: брома и кремния. Оба соединения химически инертны. Их межатомные связи прочны.

В итоге, карбиды группы трудно расплавить, — решетка не хочет рушиться. Прочность связи делает оба соединения твердыми.

Карбид брома даже соперничает с алмазом. Некоторые образцы углеродного соединения царапают бриллианты, то есть, тверже них.

Карбид кремния алмаз не «побеждает», но свои достойные 8 баллов по шкале Мооса имеет.

Растворяют ковалентные карбиды лишь плавиковая кислота, концентрированная азотная и царская водка. Окисление карбидов группы происходит лишь при нагреве до 1000 градусов.

Второй вид карбидов – ионный. Его, так же, именуют солеобразным. Все образованны металлами 1-ой и 2-ой групп таблицы Менделеева.

В класс включен и карбид алюминия. Соединения группы разлагаются не только кислотами, но и водой.

Камешки, заставляющие «закипать» лужи, к примеру, — карбид кальция. Он, кстати, довольно токсичен, может разъесть слизистые. Зачем же его завозят на строительные рынки, поймем в следующей главе.

При реакции ионных карбидов с водой выделяется водород. В жидкости формируется и выпадает в осадок гидроксид металла.

Реакция протекает бурно. Резкий выброс на поверхность воды водорода и дает то самое пузырение.

Третий вид карбидов – ионно-ковалентно-металлические, попросту, металлоподобные.

Такие соединения формируются элементами 4-ой, 5-ой, 6-ой, 7-ой групп периодической системы. Исключения: — карбиды никеля, кобальта и железа.

Если у ковалентных карбидов химическая активность низкая, а у ионных – высокая, то у третьего вида соединений она средняя.

Примечательно строение молекул. Их основа – атомы металла. Атомы же углерода находятся в пустотах между ними.

Поэтому, к примеру, карбид вольфрама называют внедренным. Имеется в виду, что углерод внедрился в кристаллическую решетку металла.

Такое строение обеспечивает рекордную прочность и высокую температуру плавления. Еще одно известное соединение группы – карбид титана.

Применение карбида

Карбид титана стал основой безвольфрамовых, но столь же твердых сплавов.

К тому же, соединение служит покрытием инструментария, в основном, промышленного и строительного.

Такое напыление сводит к минимуму износ деталей и позволяет обрабатывать ими даже самые твердые материалы.

Карбид кремния, так же, используют в качестве абразива. В природном виде, коим является минерал муассанит, соединение цениться ювелирами, причем, выше чем близкий по виду и свойствам фианит.

Карбид кальция нужен при сварочных работах. Из соединения получают ацетилен. Карбид служит его источником, а заодно, и топливом для машин кислородной сварки.

Ацетилен – газ. Одного его достаточно для работы аппаратов. Но, есть еще и вода. Карбид кальция вступает с ней в бурную реакцию.

Итог – не только пузырьки, нравящиеся детям, но и обилие тепла – еще одного источника энергии.

Карбид бора применяют в качестве огнеупора. Температура плавления соединения составляет почти 2500 градусов.

Прочность карбида позволяет добавлять его в бронежилеты. Защитить материал способен не только от пуль, но и радиации.

Поэтому, один из ответов на вопрос, где взять карбид бора, — в защитных экранах, задерживающих излучение.

Список карбидов и их роли в жизни общества может занять многие страницы. Соединений несколько десятков и у каждого из них есть применение, причем, не одно. Нет и единственной схемы получения карбидов.

Придется ограничиться общими фразами. Однако, и в них есть толика полезной информации.

Получение карбидов

Большинство карбидов именно получают, а не добывают. Первый синтез проведен в начале 19-го столетия.

Англичанин по фамилии Дэви получил карбид калия. В 1863-ем создали карбид меди.

Он оказался неустойчивым, в отличие от третьего синтезированного соединения углерода с железом.

Смотря на опытные образцы, ученые не могли понять, где найти карбид за пределами лабораторий.

Минералы, в которых металлы соединены с углеродом открыли лишь в начале 20-го века.

Кроме муассанита, геологи нашли когенит – смесь карбида кобальта с никелем и железом.

Судя по дате открытия карбидных минералов, они не являются распространенными.

Поэтому, в промышленных масштабах героев статьи до сих пор синтезируют. Масса карбида может получиться, к примеру, из древесного угля и оксидов металлов.

Они преобразуются в карбиды при помощи вольтовой дуги и электрической печи.

Цена карбида

Карбид кальция купить предлагают примерно за 40-90 рублей за килограмм. Соединение углерода с бором стоит от 100-та рублей за кило.

Купить карбид кремния предлагают примерно по 160 рублей за 1000 граммов.

А вот за кило карбида гафния придется выложить около 21 000 рублей, причем, при оптовых закупках.

То есть, стоимость материала во многом зависит от присутствующего в нем металла, или неметалла. Существует даже карбид золота.

Он, кстати, способен взорваться при простом пересыпании порошка. Так что, даже за большую цену, доставить сырье потребителю – задача не из легких.

Карбид для сварки: что это такое и как его использовать?

Марка электродов – это тот параметр, на который следует обращать внимание при выборе электрода для сварки в первую очередь. Ведь в этих буквах и цифрах, расположенных на поверхности электрода, уже заложена вся информация о том, в каких условиях может использоваться электрод, из чего он состоит и какого результата помогает добиться.

Дуговая сварка – это один из наиболее старых и часто используемых видов сварки. Такая технология сварки является универсальной и может применяться в самых разных областях промышленности – от строительства жилых, торговых и административных зданий до самолетостроения и судостроения. А качество дуговой сварки, в первую очередь, зависит от того, насколько правильно были подобраны сварочные материалы.

Коэффициент наплавки электрода является одной из самых важных его характеристик. Знание коэффициента наплавки требуется и самому сварщику во время проведения сварочных работ, и тем людям, которые подготавливают для него сварочные материалы – например, сметчику, который определяет, сколько именно электродов для того или иного вида работ потребуется.