Карбид циркония

Карбид циркония
Изображение молекулярной модели
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
PubChem
Рег. номер EINECS 235-125-1
SMILES
InChI
ChemSpider
Безопасность
NFPA 704
NFPA 704 four-colored diamondОгнеопасность 0: Негорючее веществоОпасность для здоровья 0: Не представляет опасности для здоровья, не требует мер предосторожности (например, ланолин, пищевая сода)Реакционноспособность 0: Стабильно даже при действии открытого пламени и не реагирует с водой (например, гелий)Специальный код: отсутствует
0
0
0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Карби́д цирко́нияхимическое 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.

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:

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:

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.

[4]

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

  1. Самсонов Г. В. Физическое материаловедение карбидов. — Наукова думка, 1974. — С. 107-109. — 454 с.
  2. Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения (справочник). — Металлургия, 1976. — С. 560.
  3. 1 2 3 Косолапова Т. Я. Карбиды. — Металлургия, 1968. — С. 300.
  4. C 233. Современное производство карбида циркония. Галевский Г.В. Дата обращения: 3 августа 2019. Архивировано из оригинала 15 ноября 2017 года.
  5. Effect of Use of Zirconium Carbide Coatings on the VHTR Core Nuclear Design. Дата обращения: 21 апреля 2012. Архивировано из оригинала 16 октября 2011 года.