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