stringtranslate.com

Карбид циркония

Карбид циркония ( Zr C ) представляет собой чрезвычайно твердый тугоплавкий керамический материал, [7] коммерчески используемый в насадках для режущих инструментов. Обычно его обрабатывают методом спекания .

Характеристики

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 более низкую 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 решающими требованиями являются несущая способность при низкой плотности и высоких температурах . [ нужна цитата ]

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 к металлу 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 цитата ]

Использование

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 частиц диоксида урана и диоксида тория 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 цитата ]

Он также используется в качестве абразива , при плакировании , в металлокерамике , нитях накаливания и режущих инструментах. [ нужна цитата ]

Производство

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. Важными предлагаемыми композитами являются композит ZrC-ZrB 2 и ZrC-ZrB 2 -SiC. Эти композиты могут работать при температуре до 1800 °C. [ нужна цитация ] Другой способ улучшить это — использовать другой материал в качестве барьерного слоя, например, в топливных частицах TRISO.

Рекомендации

  1. ^ abc Lide, Дэвид Р., изд. (2009). Справочник CRC по химии и физике (90-е изд.). Бока-Ратон, Флорида : CRC Press . ISBN 978-1-4200-9084-0.
  2. ^ abc Перри, Дейл Л. (2011). Справочник неорганических соединений (2-е изд.). ЦРК Пресс. п. 472. ИСБН 978-1-4398-1461-1.
  3. ^ abcd Кемптер, CP; Фрис, Р.Дж. (1960). «Кристаллографические данные. 189. Карбид циркония». Аналитическая химия . 32 (4): 570. doi :10.1021/ac60160a042.
  4. ^ abc Карбид циркония в Линстреме, Питере 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.)
  5. ^ Аб Бейкер, FB; Стормс, ЕК; Холли, CE (1969). «Энтальпия образования карбида циркония». Журнал химических и инженерных данных . 14 (2): 244. doi :10.1021/je60041a034.
  6. ^ abc Sigma-Aldrich Co. , Карбид циркония (IV). Проверено 30 июня 2014 г.
  7. ^ 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 Pulvermetalurgie (1971), 19(2), 91-110
  8. ^ 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. 
  9. ^ 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. doi :10.1023/B:JMSC.0000041702.76858.a7. S2CID  94979802.
  10. ^ 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.