Карбид циркония ( Zr C ) — чрезвычайно твёрдый огнеупорный керамический материал, [7] коммерчески используемый в наконечниках режущих инструментов. Обычно его обрабатывают методом спекания .
Он выглядит как серый металлический порошок с кубической кристаллической структурой . Он обладает высокой коррозионной стойкостью. Этот карбид переходного металла IV группы также является членом сверхвысокотемпературной керамики или (UHTC). Благодаря наличию металлических связей ZrC имеет теплопроводность 20,5 Вт/м·К и электропроводность (удельное сопротивление ~43 мкОм·см), обе из которых аналогичны показателям металлического циркония. Сильная ковалентная связь Zr-C придает этому материалу очень высокую температуру плавления (~3530 °C), высокий модуль (~440 ГПа) и твердость (25 ГПа). ZrC имеет более низкую плотность (6,73 г/см3 ) по сравнению с другими карбидами, такими как WC (15,8 г/см3 ) , TaC (14,5 г/см3 ) или HfC (12,67 г/см3 ) . ZrC, по-видимому, подходит для использования в возвращаемых аппаратах , ракетных / прямоточных воздушно-реактивных двигателях или сверхзвуковых аппаратах , в которых критически важными требованиями являются низкая плотность и способность выдерживать высокие температуры . [ необходима цитата ]
Как и большинство карбидов тугоплавких металлов , карбид циркония является субстехиометрическим, т. е. содержит вакансии углерода. При содержании углерода выше, чем приблизительно 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. [ необходима цитата ]
Карбид циркония и карбид ниобия, не содержащие гафния , могут использоваться в качестве огнеупорных покрытий в ядерных реакторах . Из-за низкого сечения поглощения нейтронов и слабой чувствительности к повреждениям при облучении он находит применение в качестве покрытия частиц диоксида урана и диоксида тория ядерного топлива . Покрытие обычно наносится методом термического химического осаждения из паровой фазы в реакторе с псевдоожиженным слоем . Он также обладает высокой излучательной способностью и высокой токовой емкостью при повышенных температурах, что делает его перспективным материалом для использования в термофотоэлектрических радиаторах и наконечниках и решетках полевых эмиттеров. [ необходима цитата ]
Он также используется в качестве абразива , в плакировании , в металлокерамике , нитях накаливания и режущих инструментах. [ необходима ссылка ]
Карбид циркония может быть изготовлен несколькими способами. Один из методов — карботермическая реакция циркония с графитом. В результате получается порошок. Уплотненный ZrC затем может быть получен путем спекания порошка ZrC при температуре свыше 2000 °C. Горячее прессование ZrC может снизить температуру спекания и, следовательно, способствует получению мелкозернистого полностью уплотненного ZrC. Искровое плазменное спекание также использовалось для получения полностью уплотненного ZrC. [8]
Карбид циркония также может быть изготовлен методом обработки в растворе. [9] Это достигается путем кипячения оксида металла с ацетилацетоном.
Другим методом изготовления является химическое осаждение из паровой фазы. [10] Это достигается путем нагрева циркониевой губки и пропускания через нее галогенидного газа.
Низкая стойкость к окислению свыше 800 °C ограничивает применение ZrC. Одним из способов повышения стойкости ZrC к окислению является изготовление композитов. Важными предлагаемыми композитами являются композиты ZrC-ZrB 2 и ZrC-ZrB 2 -SiC. Эти композиты могут работать до 1800 °C. [ необходима цитата ] Другим методом улучшения является использование другого материала в качестве барьерного слоя, например, в топливных частицах TRISO.