Карбид циркония
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена Карбид циркония(IV) | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| Информационная карта ECHA | 100.031.920 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
| номер РТЭКС |
|
| Число | 3178 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| ЗрК | |
| Молярная масса | 103.235 g·mol −1 |
| Появление | Серый огнеупорный материал |
| Запах | Без запаха |
| Плотность | 6,73 г/см 3 (24 °С) [1] |
| Температура плавления | 3532–3540 ° C (6390–6404 ° F; 3805–3813 К) [1] [2] |
| Точка кипения | 5100 ° C (9210 ° F; 5370 К) [2] |
| нерастворимый | |
| Растворимость | Растворим в концентрированной H 2 SO 4 , HF , [1] HNOHNO3 |
| Структура | |
| Кубический , cF8 [3] | |
| Фм 3 м, №225 [3] | |
а = 4,6976(4) Å [3] α = 90°, β = 90°, γ = 90° | |
| Октаэдрический [3] | |
| Термохимия | |
Теплоемкость ( С ) | 37 442 Дж/моль·К [4] |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 33,14 Дж/моль·К [4] |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −207 кДж/моль (экстраполировано на стехиометрический состав) [5] −196,65 кДж/моль [4] |
| Опасности | |
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | пирофорный |
| СГС Маркировка : | |
  [6] | |
| Опасность | |
| Х228 , Х302 , Х312 , Х332 [6] | |
| П210 , П280 [6] | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Нитрид циркония Оксид циркония |
Другие катионы | Карбид титана Карбид гафния Карбид ванадия Карбид ниобия Карбид тантала Карбид хрома Карбид молибдена Карбид вольфрама |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Карбид циркония ( Zr C ) представляет собой чрезвычайно твердый тугоплавкий керамический материал. [7] коммерчески используется в насадках для режущих инструментов. Обычно его обрабатывают методом спекания .
Характеристики
[ редактировать ]| Тепловое расширение коэффициенты ZrC [2] | |
|---|---|
| Т | α В |
| 100 °С | 0.141 |
| 200 °С | 0.326 |
| 400 °С | 0.711 |
| 800 °С | 1.509 |
| 1200 °С | 2.344 |
Он выглядит как серый металлический порошок с кубической кристаллической структурой . Он обладает высокой устойчивостью к коррозии . Этот межузельный карбид переходного металла группы IV также входит в состав сверхвысокотемпературной керамики или (UHTC). Благодаря наличию металлической связи ZrC имеет теплопроводность 20,5 Вт/м·К и электропроводность (удельное сопротивление ~ 43 мкОм·см), оба показателя аналогичны таковым для металлического циркония. Прочная ковалентная связь Zr-C придает этому материалу очень высокую температуру плавления (~3530 °C), высокий модуль упругости (~440 ГПа) и твердость (25 ГПа). ZrC имеет меньшую плотность (6,73 г/см). 3 ) по сравнению с другими карбидами, такими как WC (15,8 г/см 3 ), TaC (14,5 г/см 3 ) или HfC (12,67 г/см 3 ). ZrC кажется подходящим для использования в возвращаемых кораблях , ракетных / гиперреактивных двигателях или сверхзвуковых транспортных средствах , в которых при низкой плотности и высоких температурах . решающими требованиями являются несущая способность [ нужна ссылка ]
Как и большинство карбидов тугоплавких металлов , карбид циркония субстехиометричен, т. е. содержит углеродные вакансии. При содержании углерода выше примерно ZrC 0,98 материал содержит свободный углерод. [5] ZrC стабилен при соотношении углерода и металла от 0,65 до 0,98.
Карбиды металлов группы IVA , TiC , ZrC и SiC практически инертны к воздействию сильных водных кислот (HCl) и сильных водных оснований (NaOH) даже при 100° C, однако ZrC реагирует с HF.
Смесь карбида циркония и карбида тантала является важным металлокерамическим материалом. [ нужна ссылка ]
Использование
[ редактировать ]Безгафнийкарбид циркония и карбид ниобия могут быть использованы в качестве тугоплавких покрытий в ядерных реакторах . Из-за низкого сечения поглощения нейтронов и слабой чувствительности к повреждению при облучении он находит применение в качестве покрытия диоксида урана и диоксида тория частиц ядерного топлива . Покрытие обычно наносится термическим химическим осаждением из паровой фазы в реакторе с псевдоожиженным слоем . Он также имеет высокую излучательную способность и высокую токовую емкость при повышенных температурах, что делает его многообещающим материалом для использования в термофотоэлектрических излучателях, а также наконечниках и массивах полевых эмиттеров. [ нужна ссылка ]
Он также используется в качестве абразива , при плакировании , в металлокерамике , нитях накаливания и режущих инструментах. [ нужна ссылка ]
Производство
[ редактировать ]Карбид циркония можно получить несколькими способами. Одним из методов является карботермическая реакция диоксида циркония с графитом. В результате получается порошок. Затем уплотненный ZrC можно получить путем спекания порошка ZrC при температуре выше 2000 °C. Горячее прессование ZrC может снизить температуру спекания и, следовательно, помогает получить мелкозернистый полностью уплотненный ZrC. Искрово-плазменное спекание также использовалось для получения полностью уплотненного ZrC. [8]
Карбид циркония также можно изготовить методом обработки в растворе. [9] Это достигается путем кипячения оксида металла с ацетилацетоном.
Другой метод изготовления – химическое осаждение из паровой фазы. [10] Это достигается путем нагревания циркониевой губки и пропускания через нее галоидного газа.
Плохая стойкость к окислению при температуре выше 800 °C ограничивает применение ZrC. Одним из способов улучшить стойкость ZrC к окислению является изготовление композитов. ZrC-ZrB 2 и ZrC-ZrB 2 Важными предлагаемыми композитами являются композит -SiC. Эти композиты могут работать при температуре до 1800 °C. [ нужна ссылка ] Другой способ улучшить эту ситуацию — использовать другой материал в качестве барьерного слоя, например, в топливных частицах TRISO.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Лиде, Дэвид Р., изд. (2009). Справочник CRC по химии и физике (90-е изд.). Бока-Ратон, Флорида : CRC Press . ISBN 978-1-4200-9084-0 .
- ^ Jump up to: а б с Перри, Дейл Л. (2011). Справочник неорганических соединений (2-е изд.). ЦРК Пресс. п. 472. ИСБН 978-1-4398-1461-1 .
- ^ Jump up to: а б с д Кемптер, CP; Фрис, Р.Дж. (1960). «Кристаллографические данные. 189. Карбид циркония». Аналитическая химия . 32 (4): 570. doi : 10.1021/ac60160a042 .
- ^ Jump up to: а б с Карбид циркония — Линстрем, Питер Дж.; Маллард, Уильям Г. (ред.); Интернет-книга NIST по химии , Справочная база данных стандартов NIST № 69 , Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург (Мэриленд) (получено 30 июня 2014 г.)
- ^ Jump up to: а б Бейкер, ФБ; Стормс, ЕК; Холли, CE (1969). «Энтальпия образования карбида циркония». Журнал химических и инженерных данных . 14 (2): 244. doi : 10.1021/je60041a034 .
- ^ Jump up to: а б с Sigma-Aldrich Co. , Карбид циркония(IV) . Проверено 30 июня 2014 г.
- ^ Измерение и теория твердости карбидов переходных металлов, особенно карбида тантала. Шваб, генеральный директор; Кребс, А. Физ.-хим. Ин-т, унив. Мюнхен, Мюнхен, Федерация. Представитель Гер. Planseeberichte fuer Pulvermetallurgie (1971), 19(2), 91-110
- ^ Вэй, Сялу; Назад, Кристина; Ижванов Олег; Хейнс, Кристофер; Олевский, Евгений (2016). «Карбид циркония, полученный электроискровым плазменным спеканием и горячим прессованием: кинетика уплотнения, рост зерна и термические свойства» . Материалы . 9 (7): 577. Бибкод : 2016Mate....9..577W . дои : 10.3390/ma9070577 . ПМЦ 5456903 . ПМИД 28773697 .
- ^ Сакс, Майкл Д.; Ван, Чан-Ань; Ян, Чжаохуэй; Джайн, Анубхав (2004). «Карботермический восстановительный синтез нанокристаллических порошков карбида циркония и карбида гафния с использованием прекурсоров, полученных из растворов». Журнал материаловедения . 39 (19): 6057–6066. Бибкод : 2004JMatS..39.6057S . дои : 10.1023/B:JMSC.0000041702.76858.a7 . S2CID 94979802 .
- ^ Игуан Ван; Цяому Лю; Цзиньлин Лю; Литонг Чжан; Лайфэй Чэн (январь 2008 г.). «Механизм химического осаждения покрытий из карбида циркония из паровой фазы» . Журнал Американского керамического общества . 91 (4): 1249–1252. дои : 10.1111/j.1551-2916.2007.02253.x . Проверено 27 декабря 2021 г.