Карбид циркония
| Карбид циркония | |
|---|---|
 | |
 | |
| Общие | |
| Систематическое наименование |
монокарбид циркония |
| Традиционные названия | карбид циркония |
| Хим. формула | ZrC |
| Рац. формула | ZrC |
| Физические свойства | |
| Состояние | твёрдое |
| Молярная масса | 103,23 г/моль |
| Плотность | 6,73 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура | |
| • плавления | 3530 °C |
| • кипения | 5100 °C |
| Теплопроводность | 11,6 Вт/(м·K) |
| Энтальпия | |
| • образования | -196,65 кДж/моль |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 12070-14-3 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
Карби́д цирко́ния – химическое соединение металла циркония и углерода с формулой ZrC. Представляет собой фазу внедрения с широкой областью гомогенности, которая составляет от 38,4 до 50 ат. % углерода, что отвечает формуле ZrC0,62 и ZrC1,0 соответственно[1].
Физические свойства
Карбид циркония представляет собой порошок серого цвета. Имеет кубическую гранецентрированную решетку типа NaCl, пространственная группа Fm3m, с периодом а = 0,4693 нм.
- Удельное электрическое сопротивление 50 мкОм∙см
- Коэффициент линейного теплового расширения 7,01∙10-6 1/K (25-1000 °C)
- Микротвёрдость 28,44 ГПа
- Модуль упругости 412 ГПа[2]
Получение
Карбид циркония можно получить одним из следующих способов[3].
- Непосредственным насыщением циркония углеродом:
Процесс ведут в вакууме, а исходные компоненты берут в виде порошков;
- Восстановлением оксида циркония углеродом с последующим образованием карбида:
Процесс идет через образование низших окислов циркония и последующего образования карбида циркония по реакции:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{ZrO + 2C \rightarrow ZrC + CO} }[/math]
Этот метод применяется для получения технически чистого карбида циркония в промышленных масштабах. Обычно процесс проводят при температуре около 2000 °C;
- Осаждением из газовой фазы:
В основе метода лежит реакция:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{ ZrCl_4 +CH_4 + H_2 \rightleftarrows \ ZrC + 4HCl + H_2} }[/math]
Осаждение происходит на поверхности вольфрамовой нити, разогретой до температуры 1700—2400 °C. Проведение процесса при высокой температуре (около 2400 °C) позволяет получить монокристаллический осадок. Метан может быть заменен толуолом, бензолом или ацетиленом.
Химические свойства
Карбид циркония является химически стойким соединением при комнатной температуре по отношению к серной, соляной, фосфорной, хлорной, щавелевой кислотам и смесям серной и фосфорной, серной и щавелевой кислот. Не растворяется в 10% и 20% растворах гидроксида натрия. Растворяется в кипящих серной, азотной, хлорной кислотах. Сильно растворяется в царской водке, смесях серной и азотной, азотной и плавиковой кислот[3]. Начиная с 700 °C, карбид циркония взаимодействует с кислородом с образованием ZrO2. При высоких температурах, в присутствии азота, образуются карбонитриды циркония.
Применение
Высокая температура плавления и малое поперечное сечение захвата нейтронов карбида циркония позволяет применять его как защитное покрытие на графитовых матрицах в твэлах, содержащих карбиды урана и тория. Покрытие из карбида циркония, нанесенное CVD-процессом на диоксид урана, используется как диффузионный барьер от продуктов реакции полураспада ядерного топлива[5]. Композит ZrC-UC используют в термоэлектрогенераторах. Также карбид циркония применяется как абразивный материал для полировки металлов[3].
Примечания
- ↑ Самсонов Г. В. Физическое материаловедение карбидов. — Наукова думка, 1974. — С. 107-109. — 454 с.
- ↑ Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения (справочник). — Металлургия, 1976. — С. 560.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Косолапова Т. Я. Карбиды. — Металлургия, 1968. — С. 300.
- ↑ C 233. Современное производство карбида циркония. Галевский Г.В. (недоступная ссылка). Дата обращения: 3 августа 2019. Архивировано 15 ноября 2017 года.
- ↑ Effect of Use of Zirconium Carbide Coatings on the VHTR Core Nuclear Design (недоступная ссылка). Дата обращения: 21 апреля 2012. Архивировано 16 октября 2011 года.
