碳化铝
碳化铝，又名三碳化四铝，分子式Al4C3，是一种铝的碳化物。它是一种淡黄棕色、坚硬、透明的菱形六面体结晶，是离子晶体，在常温下不导电，晶体结构复杂。结构中金属原子可以是4、5、6配位，Al－C键长在1.90－2.22Å之间，最短的C－C键为3.16Å。X射线研究则显示结构中有单个碳原子以离散的碳负离子C4−形式存在，与乙炔不同。
| 碳化铝 | |
|---|---|
 | |
| 别名 | 三碳化四铝 |
| 识别 | |
| CAS号 | 12656-43-8  1299-86-1  |
| PubChem | 16685054 |
| ChemSpider | 21241412 |
| InChI |
|
| InChIKey | TWHBEKGYWPPYQL-UHFFFAOYAR |
| UN编号 | UN 1394 |
| EINECS | 215-076-2 |
| MeSH | Aluminum+carbide |
| 性质 | |
| 化学式 | Al4C3 |
| 摩尔质量 | 143.95853 g·mol⁻¹ |
| 外观 | 淡黄棕色晶体 |
| 密度 | 2.36 g·cm-3 |
| 熔点 | 2100°C |
| 沸点 | 于2200°C分解 |
| 溶解性（水） | 反应 |
| 热力学 | |
| ΔfHm |
-209 kJ·mol-1 |
| 危险性 | |
| 警示术语 | R：R11、R15、R36/37/38 |
| 安全术语 | S：S16、S26、S33、S36/37/39 |
| 欧盟分类 | Xi、F |
| 若非注明，所有数据均出自一般条件（25 ℃，100 kPa）下。 | |
制备
碳化铝可以通过在没有氧气和氮气的情况下，加热铝和碳的混合物至1000°C以上来制备：
- 4Al + 3C → Al4C3
这个反应是可逆反应，1000°C以下反应缓慢，在1300－1500°C时碳化铝分解。
加热氧化铝和碳的混合物也可以得到碳化铝，但其中含的杂质较多。
- 2Al2O3 + 6C → Al4C3 + 3CO2
存在
少量的碳化铝是电石中的常见杂质。在电解法冶炼金属铝时，石墨电极也经常因被腐蚀而得到少量碳化铝。
在以铝为基质并且通过碳化物（如碳化硅、碳化硼等）来增大强度的金属基复合材料或碳纤维中，碳化铝常常成为不受欢迎的产品。例如碳纤维与铝基复合材料在500°C之上就能够发生反应，而如给其覆上一层硼化钛则能抑制化学反应。
在碳化硅增强的铝基复合材料中，碳化硅和铝熔体的化学反应生成了一层碳化铝覆盖在碳化硅颗粒表面，从而降低了材料的强度。[1] 通过使用合适的氧化物或氮化物在碳化硅颗粒表面形成一层硅涂层能够降低发生这类反应的趋势。[2]
反应
作为一种碳化物，碳化铝在遇到热水或稀酸时能放出甲烷。因此，碳化铝能作为测定水中3H含量的试剂：待测的水和碳化铝反应，将生成的氚代甲烷被通到测量室，通过分析即可得知水中的氚含量。
- Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4
- Al4C3 + 12HCl → 3CH4 + 4AlCl3
碳化铝可以被碱金属或碱土金属还原为铝。露置于空气中时，碳化铝表面氧化生成氧化铝。它在燃烧时产生氧化铝和二氧化碳。
应用
细分散在铝基复合材料中的碳化铝颗粒能降低材料蠕变的趋势，特别是在与碳化硅颗粒相结合时。[3]
铝－碳化铝合金可以通过机械合金化或球磨铝粉和石墨粒子来制备。
碳化铝可作为高速切削工具的磨粒[4]，它的硬度大致同黄玉相同。[5]
碳化铝也用于烟火，例如实现类似萤火虫的效果。
参考资料
- Urena, S. Gomez De, Gil, Escalera and Baldonedo. . Journal of Microscopy. 1999, 196 (2): 124–136. doi:10.1046/j.1365-2818.1999.00610.x.
- Guillermo Requena. . MMC-ASSESS Metal Matrix Composites. [2007-10-07]. （原始内容存档于2007-08-15）.
- S.J. Zhu, L.M. Peng, Q. Zhou, Z.Y. Ma, K. Kucharova, J. Cadek. . Acta Technica CSAV. 1998, (5): 435–455. （原始内容 (abstract)存档于2005-02-22）.
- 美國專利第6,033,789号
- E. Pietsch, ed.: "Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie: Aluminium, Teil A", Verlag Chemie, Berlin, 1934–1935.