Karbid zirkonia - Zirconium carbide
 | |
 | |
| Jména | |
|---|---|
| Ostatní jména Karbid zirkonia (I) | |
| Identifikátory | |
| Informační karta ECHA | 100.031.920  |
| Číslo ES |
|
PubChem CID | |
| Číslo RTECS |
|
| UN číslo | 3178 |
Řídicí panel CompTox (EPA) | |
| Vlastnosti | |
| ZrC | |
| Molární hmotnost | 103.235 g · mol−1 |
| Vzhled | Šedá žáruvzdorná látka |
| Zápach | Bez zápachu |
| Hustota | 6,73 g / cm3 (24 ° C)[1] |
| Bod tání | 3 532–3 540 ° C (6 390–6 404 ° F; 3 805– 3 813 K)[1][2] |
| Bod varu | 5 100 ° C (9 210 ° F; 5 370 K)[2] |
| Nerozpustný | |
| Rozpustnost | Rozpustný v koncentrované formě H2TAK4, HF,[1] HNO3 |
| Struktura | |
| Krychlový, cF8[3] | |
| Fm3m, č. 225[3] | |
A = 4,6976 (4) Å[3] α = 90 °, β = 90 °, γ = 90 ° | |
| Osmistěn[3] | |
| Termochemie | |
Tepelná kapacita (C) | 37,442 J / mol · K.[4] |
Std molární entropie (S | 33,14 J / mol · K.[4] |
Std entalpie of formace (ΔFH⦵298) | -207 kJ / mol (extrapolováno na stechiometrické složení)[5] -196,65 kJ / mol[4] |
| Nebezpečí | |
| Hlavní nebezpečí | Samozápalný |
| Piktogramy GHS |   [6] |
| Signální slovo GHS | Nebezpečí |
| H228, H302, H312, H332[6] | |
| P210, P280[6] | |
| NFPA 704 (ohnivý diamant) | |
| Související sloučeniny | |
jiný anionty | Nitrid zirkoničitý Oxid zirkoničitý |
jiný kationty | Karbid titanu Karbid hafnia Karbid vanadu Karbid niobu Karbid tantalu Karbid chromu Karbid molybdenu Karbid wolframu |
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
 ověřit (co je   ?) | |
| Reference Infoboxu | |
Karbid zirkonia (ZrC ) je extrémně tvrdý žáruvzdorný keramický materiál,[7] komerčně používaný v nástrojové bity pro řezné nástroje. Obvykle jej zpracovává slinování.
Vlastnosti
| Teplotní roztažnost koeficienty ZrC[2] | |
|---|---|
| T | αPROTI |
| 100 ° C | 0.141 |
| 200 ° C | 0.326 |
| 400 ° C | 0.711 |
| 800 ° C | 1.509 |
| 1200 ° C | 2.344 |
Má vzhled šedého kovového prášku s krychlový Krystalická struktura. Je to velmi koroze odolný. Tento intersticiální karbid přechodného kovu skupiny IV je také členem ultravysokoteplotní keramika nebo (UHTC). Z důvodu přítomnosti kovového spojení má ZrC a tepelná vodivost 20,5 W / m · K a elektrická vodivost (odpor ~ 43 μΩ · cm), které jsou podobné jako u kovového zirkonia. Silná kovalentní vazba Zr-C dává tomuto materiálu velmi vysokou teplotu tání (~ 3530 ° C), vysokou modul (~ 440 GPa) a tvrdost (25 GPa). ZrC má nižší hustota (6,73 g / cm3) ve srovnání s jinými karbidy jako toaleta (15,8 g / cm3), TaC (14,5 g / cm3) nebo HfC (12,67 g / cm3). ZrC se zdá být vhodný pro použití v zpětná vozidla, raketa /scramjet motory nebo nadzvuková vozidla ve které nízké hustoty a vysoká teploty nosnost je rozhodujícím požadavkem.[Citace je zapotřebí ]
Stejně jako většina karbidů žáruvzdorných kovů je karbid zirkonia substechiometrický, tj. Obsahuje uhlíková volná místa. Při obsahu uhlíku vyšším než přibližně ZrC0.98 materiál obsahuje volný uhlík.[5] ZrC je stabilní pro poměr uhlík-kov v rozmezí od 0,65 do 0,98.
Skupina IVA karbidy kovů, TiC, ZrC a SiC jsou prakticky inertní vůči napadení silnými vodnými kyselinami (HCl) a silnými vodnými bázemi (NaOH) i při 100' C však ZrC reaguje s HF.
Směs karbidu zirkonia a karbid tantalu je důležité cermet materiál.[Citace je zapotřebí ]
Použití
Hafnium - volný karbid zirkonu a karbid niobu lze použít jako žáruvzdorné povlaky v jaderné reaktory. Vzhledem k nízkému průřezu absorpce neutronů a slabé citlivosti na poškození při ozařování najde použití jako povlak oxid uraničitý a oxid thoričitý částice jaderné palivo. Povlak se obvykle nanáší tepelně chemická depozice par v reaktor s fluidním ložem. Má také vysokou emisivitu a vysokou kapacitu proudu při zvýšených teplotách, což z něj činí slibný materiál pro použití v termofotovoltaických radiátorech a špičkách a polích emitorů pole.[Citace je zapotřebí ]
Používá se také jako brusný, v opláštění, v cermety, žárovka vlákna a řezné nástroje.[Citace je zapotřebí ]
Výroba
Karbid zirkonia lze vyrobit několika způsoby. Jednou z metod je karbotermická reakce oxidu zirkoničitého grafitem. Výsledkem je prášek. Potom může být vyroben zhutněný ZrC slinováním prášku ZrC při teplotě vyšší než 2000 ° C. Lisování ZrC za horka může snížit teplotu slinování a následně pomáhá při výrobě jemnozrnného plně zhuštěného ZrC. Sparkové plazmové slinování bylo také použito k výrobě plně zhuštěného ZrC.[8]
Karbid zirkonu lze také vyrobit zpracováním na základě řešení[9]. Toho je dosaženo refluxováním oxidu kovu s acetylacetonem.
Další metodou výroby je chemická depozice par[10]. Toho je dosaženo zahříváním houbičky zirkonia a analýzou halogenidového plynu.
Špatná odolnost vůči oxidaci nad 800 ° C omezuje použití ZrC. Jedním ze způsobů, jak zlepšit oxidační odolnost ZrC, je výroba kompozitů. Důležité navrhované kompozity jsou ZrC-ZrB2 a ZrC-ZrB2-SiC kompozit. Tyto kompozity mohou pracovat až do 1 800 ° C.[Citace je zapotřebí ] Další způsob, jak to zlepšit, je použít jiný materiál jako bariérovou vrstvu, například v částicích paliva TRISO.
Reference
- ^ A b C Lide, David R., ed. (2009). CRC Handbook of Chemistry and Physics (90. vydání). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-1-4200-9084-0.
- ^ A b C Perry, Dale L. (2011). Příručka anorganických sloučenin (2. vyd.). CRC Press. p. 472. ISBN 978-1-4398-1461-1.
- ^ A b C d Kempter, C. P .; Fries, R. J. (1960). „Krystalografická data. 189. Karbid zirkonia“. Analytická chemie. 32 (4): 570. doi:10.1021 / ac60160a042.
- ^ A b C Karbid zirkonia v Linstrom, Peter J .; Mallard, William G. (eds.); NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, Národní institut pro standardy a technologii, Gaithersburg (MD), http://webbook.nist.gov (vyvoláno 2014-06-30)
- ^ A b Baker, F. B .; Storms, E. K .; Holley, C. E. (1969). "Entalpie vzniku karbidu zirkonia". Journal of Chemical & Engineering Data. 14 (2): 244. doi:10.1021 / je60041a034.
- ^ A b C Sigma-Aldrich Co., Karbid zirkonia (IV). Citováno 2014-06-30.
- ^ Měření a teorie tvrdosti karbidů přechodných kovů, zejména karbidu tantalu. Schwab, G. M .; Krebs, A. Phys.-Chem. Inst., Univ. Muenchen, Mnichov, Fed. Rep. Ger. Planseeberichte fuer Pulvermetallurgie (1971), 19 (2), 91-110
- ^ Wei, Xialu; Zpět, Christina; Izhvanov, Oleg; Haines, Christopher; Olevsky, Eugene (2016). „Karbid zirkonia produkovaný slinováním plazmou a lisováním za tepla: Kinetika zhutnění, růst zrna a tepelné vlastnosti“. Materiály. 9 (7): 577. Bibcode:2016Mate .... 9..577W. doi:10,3390 / ma9070577. PMC 5456903. PMID 28773697.
- ^ Sacks, Michael D .; Wang, Chang-An; Yang, Zhaohui; Jain, Anubhav (2004). „Karbotermální redukční syntéza prášků nanokrystalického karbidu zirkonu a karbidu hafnia s použitím prekurzorů odvozených z roztoku“. Journal of Materials Science. 39 (19): 6057–6066. doi:10.1023 / B: JMSC.0000041702.76858.a7.
- ^ https://www.researchgate.net/publication/229653039_Deposition_Mechanism_for_Chemical_Vapor_Deposition_of_Zirconium_Carbide_Coatings