主要是一些碳化物,如碳化硅SiC和碳化硼B(yǎng)4C。前者為無色晶體,具有金剛石的結(jié)構(gòu),所以又名金剛砂。B4C為黑色的固體,它的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,但也是以共價(jià)鍵相結(jié)合的三維網(wǎng)格晶體,同SiC一樣,硬度大,熔點(diǎn)高,具有化學(xué)惰性。它們早就用作優(yōu)良的磨料和制切削工具。B4C還用于制原子反應(yīng)堆中的控制棒。SiC耐高溫,導(dǎo)熱性又好,適合于做高溫?zé)峤粨Q器。它與氮化硅Si3N4(將Si粉在電爐中氮化得到的一種灰色固體)并列為新型陶瓷(所謂“新型內(nèi)瓷”或“精細(xì)陶瓷”或“工程陶瓷”系非金屬無機(jī)材料的總稱,它包括一些金屬氧化物(Al2O3、ZrO2…)碳化物、氮化物、硼化物等等,而不局限于酸鹽)中的理想高溫結(jié)構(gòu)材料。它們具有耐高溫、耐席損、比重小、耐腐蝕、強(qiáng)度高,抗氧化等優(yōu)點(diǎn)。
在1623~2173K的環(huán)境中,SiC仍具有鋼一樣的強(qiáng)度。用金屬制渦輪機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī),能夠承受的最高溫度為1273K,還需要用水冷卻,燃料的有效利用率只有28~38%。用SiC或Si3N4陶瓷制發(fā)動(dòng)機(jī)某些部件,則可示受1600K以上的高溫而毋需冷卻,可節(jié)省30%的燃料且能將熱效率提高到50%,還可以用它們的纖維增強(qiáng)塑料、樹脂或金屬,制成復(fù)合材料,用在飛機(jī)、汽車、船艦、空間飛行器和導(dǎo)彈等方面。它們是一類大有發(fā)展前途的非氧化物系無機(jī)材料。
碳、硅、硼這三種元素在周期表中處于從非金屬向金屬過渡的地位。它們有一些相似性。例如它們都有同素異性體,都以形成共價(jià)鍵為特征,有程度不等的成鏈能力,所以各有一系列氫化物。它們以負(fù)氧化態(tài)形成碳化物、硅化物和硼化物,以正氧化態(tài)形成鹵化物、氧化物、含氧酸及含氧酸鹽。含氧酸都是弱酸。
碳、硅相似,但由于它們處在不同周期,電子層結(jié)構(gòu)和最高配位數(shù)不同,在性質(zhì)上仍存在不少差異。硅、硼相似性很多,但也由于電子層結(jié)構(gòu)不同,而在性質(zhì)上存在著差異,最突出的是硼的缺電子性質(zhì)。這性質(zhì)使硼的某些化合物的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,而硼的化學(xué)也顯得格外豐富。