Carbure d'aluminium

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Carbure d'aluminium
Carbure d'aluminium
Identification
No CAS 1299-86-1
Apparence poudre ou cristaux
hexagonaux jaunes
Propriétés chimiques
Formule brute C3Al4Al4C3
Masse molaire[1] 143,9583 ± 0,0024 g/mol
C 25,03 %, Al 74,97 %,
Propriétés physiques
fusion 2 100 °C
ébullition décomposition >2 200 °C
Solubilité réagit avec l'eau
(production de méthane)
Masse volumique 2.36
Précautions
Directive 67/548/EEC
Irritant
Xi
Facilement inflammable
F



SIMDUT[2]
B6 : Matière réactive inflammable
B6,
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le carbure d'aluminium est un composé inorganique de formule Al4C3.

Occurrence[modifier | modifier le code]

De petites quantités de carbure d'aluminium sont des impuretés classiques dans le carbure de calcium technique. Dans la fabrication électrolytique de l'aluminium, du carbure d'aluminium se forme comme produit de corrosion des électrodes de graphite.

Dans les composites à matrice métallique à base de matrice d'aluminium renforcé par des carbures métalliques (carbure de silicium, carbure de bore, etc.) ou par des fibres de carbone, du carbure d'aluminium se forme parfois de façon non voulue. Dans le cas de présence de fibre de carbone, elle réagit avec la matrice d'aluminium à des températures supérieures à 500 °C. Dans le cas des composites à matrice d'aluminium renforcés en carbure de silicium, la réaction entre SiC et l'aluminium fondu produit une couche de carbure d'aluminium sur les particules de carbure de silicium ce qui réduit la résistance du matériau et augmente la mouillabilité des particules de SiC[3]. Cette tendance peut être freiné en couvrant les particules de carbure de silicium avec un oxyde ou un nitrure adapté, en pré-oxydant les particules pour former une couche de dioxyde de silicium protectrice, ou en utilisant une couche de métal sacrificiel[4].

Propriétés[modifier | modifier le code]

Le carbure d'aluminium se présente sous la forme de cristaux jaunes à brun. Il est stable jusqu'à 1 400 °C et se décompose dans l'eau en produisant du méthane.

Structure[modifier | modifier le code]

Le carbure d'aluminium présente une structure cristalline inhabituelle qui consiste en deux types de couches. Il est base sur des tétraèdres de AlC4 de deux types et de deux types d'atomes de carbone. L'un est entouré par un octaèdre déformé de six atomes d'aluminium distants de 217 pm. L'autre est entouré par quatre atomes d'aluminium distants de 190–194 pm et d'un cinquième à 221 pm[5].

Préparation[modifier | modifier le code]

Le carbure d'aluminium est préparé par réaction directe entre l'aluminium et le carbone dans un four à arc électrique[5] :

4 Al + 3 C → Al4C3

Un alternative consiste à faure réagir de l'alumine avec du carbone, mais cette méthode produit du monoxyde de carbone :

2 Al2O3 + 9 C → Al4C3 + 6 CO

Le carbure de silicium réagit aussi avec l'aluminium pour former du carbure d'aluminium :

4 Al + 3 SiC → Al4C3 + 3 Si

Cette conversion limite les applications mécaniques de SiC, car Al4C3 est plus fragile[6]

Un matériau composite aluminium-carbure d'aluminium peut être formé par mécanosynthèse, en broyant de la poudre d'aluminium avec des particules de graphite.

Applications[modifier | modifier le code]

Les particules de carbure d'aluminium finement dispersées dans une matrice d'aluminium réduisent la tendance du matériau à fluer, particulièrement en combinaison avec des particules de carbure de silicium[7].

Le carbure de silicium peut être utilisé comme abrasif dans les outils de coupe à haute vitesse[8]. Il a approximativement la même dureté que la topaze[9].

Le carbure de silicium est aussi utilisé pour extraire les métaux des oxydes métalliques.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. « Carbure d'aluminium » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  3. Urena, S. Gomez De, Gil, Escalera and Baldonedo, « Scanning and transmission electron microscopy study of the microstructural changes occurring in aluminium matrix composites reinforced with SiC particles during casting and welding: interface reactions », Journal of Microscopy, vol. 196, no 2,‎ 1999, p. 124–136 (PMID 10540265, DOI 10.1046/j.1365-2818.1999.00610.x)
  4. (en) Guillermo Requena, « A359/SiC/xxp: A359 Al alloy reinforced with irregularly shaped SiC particles », MMC-ASSESS Metal Matrix Composites (consulté le 2007-10-07)
  5. a et b Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth–Heinemann. p. 297. ISBN 0080379419.
  6. Deborah D. L. Chung, Composite Materials: Functional Materials for Modern Technologies, Springer,‎ 2010 (ISBN 1-84882-830-6, lire en ligne), p. 315
  7. « Creep behaviour of aluminium strengthened by fine aluminium carbide particles and reinforced by silicon carbide particulates DS Al-SiC/Al4C3composites » (ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?). Consulté le 2013-03-24
  8. Jonathan James Saveker et al. "High speed cutting tool" (en) Brevet U.S. 6033789, Issue date: Mar 7, 2000
  9. E. Pietsch, ed.: "Gmelins Hanbuch der anorganischen Chemie: Aluminium, Teil A", Verlag Chemie, Berlin, 1934–1935.