Карбид циркония

Карбид циркония
Общие
Систематическое наименование	монокарбид циркония
Традиционные названия	карбид циркония
Химическая формула	ZrC
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	твёрдое
Молярная масса	103,23 г/моль
Плотность	6,73 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	3530 °C
Температура кипения	5100 °C
Теплопроводность (ст. усл.)	11,6 Вт/(м·K)
Классификация
Рег. номер CAS	12070-14-3

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 отвевает формуле ZrC_0,62 и ZrC_1,0 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:

ZrO + C = ZrC + CO

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:

$~\mathsf{ ZrCl_4 +CH_4+H_2 \ \rightleftarrows \ ZrC+4HCl+H_2}$

Осаждение происходит на поверхности вольфрамовой нити разогретой до температуры 1700-2400 °C. Проведение процесса при высокой температуре (около 2400 °C) позволяет получить монокристаллический осадок. Так же 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^[4]. 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. ↑ Effect of Use of Zirconium Carbide Coatings on the VHTR Core Nuclear Design