Zirkoniumcarbide(ZrC) is een keramisch materiaal met super-hoge- temperaturen met een typische NaCl--type oppervlak-gecentreerde kubieke kristalstructuur, met een grijs-zwarte metaalachtige glans. Het meest opvallende kenmerk is een extreem hoog smeltpunt (ongeveer 3540 graden), hoge hardheid (ongeveer 25 GPa) en uitstekende chemische stabiliteit, waardoor het de structurele integriteit in extreme omgevingen kan behouden. Dit materiaal bezit ook een goede thermische en elektrische geleidbaarheid en lage activeringseigenschappen. Deze uitstekende eigenschappen maken het tot een ideaal kandidaatmateriaal voor thermische beschermingssystemen in de lucht- en ruimtevaart, voor toonaangevende componenten van supersonische vliegtuigen en voor brandstofcoatings voor kernreactoren. Momenteel is de bereiding van de stof voornamelijk afhankelijk van processen zoals sinteren op hoge temperatuur of chemische dampafzetting. De toepassing en ontwikkeling ervan zijn nauw verbonden met de dringende vraag naar materialen voor extreme omstandigheden in toekomstige geavanceerde industrieën en defensietechnologieën.
|
Chemische formule |
C40H68Zr |
|
Exacte massa |
638 |
|
Moleculair gewicht |
640 |
|
m/z |
638 (100.0%), 639 (43.3%), 642 (33.8%), 640 (33.3%), 639 (21.8%), 643 (14.6%), 641 (14.4%), 640 (9.4%), 640 (9.1%), 644 (5.4%), 644 (3.1%), 642 (3.0%), 645 (2.4%), 641 (2.0%) |
|
Elementaire analyse |
C, 75,04; H, 10,71; Zr, 14.25 |
|
|
|
De molecuulformule vanzirkoniumcarbideis ZrC, met een molecuulgewicht van 103,23. De dichtheid is 6,73 g/cm³, het smeltpunt is zo hoog als 3532 graden, het kookpunt is 5100 graden en de Mohs-hardheid is 8-9. In termen van chemische eigenschappen is ZrC onoplosbaar in zoutzuur, maar oplosbaar in salpeterzuur en fluorwaterstofzuur, evenals in fluorwaterstofzuur en heet zwavelzuur dat waterstofperoxide bevat. Deze eigenschappen maken ZrC tot een ideaal constructiemateriaal en corrosiebestendig materiaal tegen hoge- temperaturen. Het is een belangrijk keramisch materiaal met uitstekende eigenschappen zoals hoge sterkte, hoge hardheid, hoge temperatuurbestendigheid en corrosieweerstand. Deze kenmerken zorgen ervoor dat ZrC brede toepassingsmogelijkheden heeft op meerdere gebieden.
Structurele materialen voor hoge temperaturen
Het heeft uitstekende corrosieweerstand, slijtvastheid, hoge temperatuurbestendigheid, uitstekende weerstand tegen vermoeiing en goede geleidbaarheid, en wordt daarom veel gebruikt op het gebied van constructiematerialen voor hoge- temperaturen.
Lucht- en ruimtevaart:
Voering van de verbrandingskamer: is bestand tegen langdurig gebruik-in omgevingen met hoge temperaturen en hoge druk en wordt daarom gebruikt als bekledingsmateriaal voor verbrandingskamers van ruimtevaartmotoren. De uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen kan de structuur van de verbrandingskamer effectief beschermen, de levensduur en de veiligheid van de motor verbeteren.
Straalaandrijving: Het wordt ook gebruikt als een belangrijk onderdeel van de straalaandrijving, zoals brandstofmengbuizen, drijfgastanks, enz. De hoge sterkte en corrosieweerstand zorgen voor een stabiele werking van de boegschroef in extreme omgevingen.
Turbinebladen: ZrC-coating kan de hoge temperatuurbestendigheid en corrosieweerstand van turbinebladen in vliegtuigmotoren verbeteren, waardoor de levensduur van de bladen wordt verlengd.
Een schip:
Boegschroef: een belangrijk onderdeel dat wordt gebruikt als voortstuwingssysteem voor schepen, zoals voortstuwingsschalen, onderwaterschroeven, enz. De uitstekende corrosieweerstand en slijtvastheid kunnen de stabiele werking van de boegschroef in complexe omgevingen zoals zeewater garanderen.
Interne componenten van de motor: ZrC-coating kan de hoge temperatuurbestendigheid en corrosieweerstand van de interne componenten van scheepsmotoren verbeteren, waardoor de levensduur van de motor wordt verlengd.
Elektriciteit:
Warmtewisselaar: Gebruikt als warmtewisselaarmateriaal in de energiesector. De uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen en corrosiebestendigheid kunnen de stabiele werking van de warmtewisselaar in omgevingen met hoge temperaturen en corrosie garanderen en de efficiëntie van de warmtewisseling verbeteren.
Aardolie-, chemische-, metallurgische- en steenkoolverwerking:
Hogetemperatuurreactor: Wordt gebruikt als een belangrijk onderdeel van hoge{0}temperatuurreactoren op terreinen als aardolie-, chemische, metallurgische en steenkoolverwerking.
De uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen en corrosiebestendigheid kunnen de stabiele werking van de reactor in omgevingen met hoge temperaturen en corrosie garanderen en de reactie-efficiëntie verbeteren.
Katalysatordrager: Het kan ook worden gebruikt als katalysatordrager, en het hoge specifieke oppervlak en de uitstekende chemische stabiliteit kunnen de efficiënte en stabiele werking van de katalysator garanderen.
Slijtvast materiaal
Het heeft een hoge hardheid en uitstekende slijtvastheid en wordt daarom gebruikt als snijgereedschap, slijtvast-materiaal, enz.
Snijgereedschappen:
Coatingmaterialen die worden gebruikt als snijgereedschap, zoals snijgereedschap, boren, enz. De hoge hardheid en uitstekende slijtvastheid kunnen de snijprestaties en levensduur van het gereedschap aanzienlijk verbeteren.
Slijtvaste componenten:
Op sommige mechanische componenten die een hoge slijtvastheid vereisen, zoals lagers, afdichtringen, enz., kan de ZrC-coating de slijtvastheid van de componenten verbeteren, waardoor hun levensduur wordt verlengd.
Slijpmateriaal:
Het kan ook worden gebruikt als slijpmateriaal voor het bewerken van verschillende harde metalen, glas of korund. De hoge hardheid en uitstekende slijtvastheid zorgen voor een efficiënte en stabiele werking tijdens het slijpproces.
Corrosiebestendig materiaal
Het heeft een uitstekende corrosieweerstand en wordt daarom gebruikt als corrosie-bestanddeel in chemische apparatuur.
Warmtewisselaar:
Bij de chemische productie komen warmtewisselaars vaak in contact met verschillende corrosieve media. De uitstekende corrosieweerstand, die wordt gebruikt als een belangrijk onderdeel van warmtewisselaars, zorgt voor een stabiele werking van de warmtewisselaar in corrosieve omgevingen.
katalysator:
Het kan ook worden gebruikt als drager of actief bestanddeel voor katalysatoren. De uitstekende chemische stabiliteit en corrosieweerstand zorgen voor een efficiënte en stabiele werking van de katalysator onder complexe reactieomstandigheden.
Elektronische materialen
Het heeft een goede geleidbaarheid en hoge temperatuurstabiliteit en wordt daarom gebruikt als materiaal voor de vervaardiging van elektronische apparaten met hoog-vermogen en hoog-circuits.
Elektronische apparaten met hoog vermogen:
In sommige elektronische apparaten met hoog-vermogen, zoals vermogensdiodes, thyristors, enz., worden ze gebruikt als elektrodemateriaal. De uitstekende geleidbaarheid en stabiliteit bij hoge- temperaturen kunnen de stabiele werking van het apparaat in omgevingen met hoge- temperaturen garanderen.
Hoogfrequent circuit:
In hoogfrequente circuits: materialen die worden gebruikt als transmissielijnen, resonatoren en andere componenten. De uitstekende geleidbaarheid en hoge-temperatuurstabiliteit kunnen de efficiënte en stabiele werking van het circuit in hoog-omgevingen garanderen.
Biomedische materialen
Het heeft een goede biocompatibiliteit en biologische stabiliteit en wordt daarom gebruikt als vervanging voor orthopedische en tandheelkundige materialen.
Kunstgewricht:
Materialen die worden gebruikt als kunstmatige gewrichten, zoals kunstmatige kniegewrichten, kunstmatige heupgewrichten, enz. De uitstekende biocompatibiliteit en biologische stabiliteit ervan kunnen de stabiele werking van kunstmatige gewrichten in het menselijk lichaam op lange- termijn garanderen.
Kunsttanden:
Het wordt ook gebruikt als materiaal voor kunsttanden, zoals tandkronen, bruggen, enz. De uitstekende slijtvastheid en corrosieweerstand kunnen de stabiele werking van kunsttanden in de mondholte op de lange- termijn garanderen.
Orthopedische implantaten:
In sommige orthopedische implantaten, zoals botnagels, botplaten, enz., worden ze gebruikt als coatingmateriaal. De uitstekende biocompatibiliteit en biologische stabiliteit kunnen de stabiele werking van implantaten in het menselijk lichaam op de lange- termijn garanderen.
Biosensoren:
Het kan ook worden gebruikt als dragermateriaal voor biosensoren. De uitstekende chemische stabiliteit en biocompatibiliteit zorgen voor een efficiënte en stabiele werking van de sensor in complexe biologische omgevingen.
Medicijnafgiftesysteem:
In sommige medicijnafgiftesystemen wordt het gebruikt als dragermateriaal. De uitstekende biocompatibiliteit en biologische stabiliteit ervan kunnen de veilige en effectieve afgifte van medicijnen in het menselijk lichaam garanderen.
Zirkoniumcarbide, als belangrijk keramisch materiaal, heeft uitstekende eigenschappen zoals hoge sterkte, hoge hardheid, hoge temperatuurbestendigheid en corrosieweerstand. Het heeft brede toepassingsmogelijkheden in structurele materialen met hoge- temperaturen, slijtvaste- materialen, corrosie- resistente materialen, elektronische materialen, biomedische materialen en andere gebieden.
De bereidingsmethoden van ZrC omvatten voornamelijk de thermische reductiemethode, de chemische dampafzettingsmethode en de solgelmethode.
Methode 1: Thermische reductiemethode
De thermische reductiemethode is een van de meest gebruikte methoden voor de bereiding van ZrC. Het genereert ZrC door zirkoniumoxide bij hoge temperatuur te laten reageren met een koolstofbron. Deze methode is eenvoudig, kosteneffectief en kan zeer zuiver ZrC produceren.
1. Principe
Het principe van de thermische reductiemethode is gebaseerd op de reductiereactie tussen zirkoniumoxide (zoals zirkoniumoxide, ZrO₂) en koolstofbron (zoals roet) bij hoge temperatuur, waarbij ZrC en koolmonoxide (CO) gas worden geproduceerd. De reactievergelijking is als volgt:
ZrO2+3C→ZrC+2CO
2. Stappen
De specifieke stappen van de thermische reductiemethode zijn als volgt:
(1) Mengen van grondstoffen:
Meng zirkoniumoxide (zoals zirkoniumoxide) met een koolstofbron (zoals roet) in een bepaalde verhouding. De mengverhouding moet worden geoptimaliseerd in overeenstemming met de vereiste zuiverheid van ZrC en de reactieomstandigheden.
(2) Laden:
Laad de gemengde grondstoffen in de grafietkroes van de carbonisatieoven. Grafietkroezen hebben een uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen en chemische stabiliteit, waardoor reacties bij hoge temperaturen plaatsvinden.
(3) Verwarmingsreactie:
Verwarm de carbonisatieoven tot een hoge temperatuur (zoals 2400 graden) in een waterstofatmosfeer. De waterstofatmosfeer kan de oxidatie van zirkoniumoxiden en koolstofbronnen bij hoge temperaturen voorkomen, terwijl de voortgang van reductiereacties wordt bevorderd. Tijdens het verwarmingsproces ondergaat zirkoniumoxide een reductiereactie met de koolstofbron, waarbij ZrC en koolmonoxidegas worden geproduceerd.
(4) Koeling en materiaalinzameling:
Nadat de reactie is voltooid, schakelt u de verwarmingsbron uit en laat u de carbonisatieoven op natuurlijke wijze afkoelen tot kamertemperatuur. Tijdens het koelproces wordt het gegenereerde koolmonoxidegas geleidelijk afgevoerd, wat uiteindelijk resulteert in ZrC-producten.
3. Voor- en nadelen
Voordeel:
Eenvoudige methode: De processtroom van de thermische reductiemethode is relatief eenvoudig, eenvoudig te bedienen en industriële productie te bereiken.
Lage kosten: Vergeleken met chemische dampafzetting en sol-gelmethode heeft de thermische reductiemethode lagere grondstofkosten en vereist geen complexe apparatuur.
Hoge zuiverheid: door de reactieomstandigheden en grondstofverhoudingen te optimaliseren, kan ZrC met hoge-zuiverheid worden bereid.
Nadelen:
Hoog energieverbruik: De thermische reductiemethode vereist dat reacties worden uitgevoerd bij hoge temperaturen, wat resulteert in een hoog energieverbruik.
Hoge apparatuurvereisten: De carbonisatieoven moet bestand zijn tegen hoge temperaturen en worden uitgerust met een waterstofatmosfeersysteem, wat hoge apparatuurvereisten vereist.
4. Toepassingsvoorbeelden
Zirkoniumcarbidebereid door thermische reductiemethode wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, scheepsbouw, energie, aardolie, chemische, metallurgische, steenkoolverwerking en andere gebieden. Bijvoorbeeld:
Lucht- en ruimtevaart: gebruikt als bekleding van de verbrandingskamer, straalaandrijving, turbinebladen en andere componenten voor ruimtevaartmotoren. ZrC is bestand tegen langdurig gebruik-in omgevingen met hoge temperaturen en hoge druk, waardoor de levensduur en de veiligheid van motoren worden verbeterd.
Schip: Belangrijke componenten die worden gebruikt als scheepsschroeven, zoals boegschroeven, onderwaterschroeven, enz. De uitstekende corrosieweerstand en slijtvastheid van ZrC kunnen de stabiele werking van boegschroeven in complexe omgevingen zoals zeewater garanderen.
Elektriciteit: gebruikt als warmtewisselaars, warmtewisselaars, warmtewisselaarsbuizen en andere componenten in de energiesector. De uitstekende hoge temperatuurbestendigheid en corrosieweerstand van ZrC kunnen de stabiele werking van deze componenten in hoge temperatuur- en corrosieve omgevingen garanderen.
Methode 2: Chemische dampafzettingsmethode
Chemical Vapour Deposition (CVD) is een methode voor het uitvoeren van reacties onder gas-faseomstandigheden. Het maakt gebruik van gas{2}}fasevoorlopers om bij hoge temperaturen te ontleden in ZrC en dit op het substraatoppervlak af te zetten. Deze methode kan de morfologie en structuur van materialen controleren en ZrC-films met specifieke morfologie en grootte bereiden.
1. Principe
Het principe van chemische dampafzetting is gebaseerd op de ontledingsreactie van voorlopers van de gas{0}}fase (zoals zirkoniumtetrachloride en koolwaterstofgassen) bij hoge temperaturen, waarbij ZrC en de overeenkomstige bij-productgassen worden geproduceerd. De reactievergelijking is als volgt (waarbij zirkoniumtetrachloride en methaan als voorbeelden worden genomen):
ZrCl4+CH4→ZrC+4HCl
2. Stappen
De specifieke stappen van de chemische dampafzettingsmethode zijn als volgt:
(1) Bereiding van gas-fasevoorlopers:
Meng gas{0}}voorlopers (zoals zirkoniumtetrachloride en koolwaterstofgassen) gelijkmatig in een bepaalde verhouding. De mengverhouding moet worden geoptimaliseerd volgens de vereiste ZrC-filmsamenstelling en reactieomstandigheden.
(2) Substraatbehandeling:
Reinig het substraatmateriaal (zoals siliciumwafels, keramische wafels, enz.) en behandel het oppervlak om ervoor te zorgen dat de ZrC-film gelijkmatig op het substraatoppervlak kan worden afgezet.
(3) Afzettingsreactie:
De voorloper van de gemengde gas-fase wordt doorgegeven aan een wolfraamdraad die tot een hoge temperatuur wordt verwarmd (zoals 1700-2400 graden). Bij hoge temperaturen ondergaan gasfasevoorlopers ontledingsreacties, waarbij ZrC en bijproductgassen worden geproduceerd. ZrC zet zich af op het substraatoppervlak en vormt een dunne film.
(4) Verzameling koelmateriaal:
Nadat de reactie is voltooid, schakelt u de verwarmingsbron uit en laat u het systeem op natuurlijke wijze afkoelen tot kamertemperatuur. Tijdens het koelproces komen geleidelijk bij-productgassen vrij, wat uiteindelijk resulteert in een ZrC-film.
3. Voor- en nadelen
Voordeel:
Controleerbare morfologie: Chemische dampafzetting kan de morfologie en structuur van materialen controleren en ZrC-films met specifieke morfologie en grootte bereiden.
Sterke dekking: CVD-technologie kan het oppervlak van het afgezette materiaal bedekken, waardoor dikke coatings en complexe richtingsstructuren ontstaan, geschikt voor de productie van coatings in extreme ruimtes.
Uitstekende prestaties: CVD-coatings die op het oppervlak van het afgezette materiaal worden afgezet, hebben goede mechanische en elektrische eigenschappen, zoals slijtvastheid en corrosieweerstand.
Lage kosten: vergeleken met de sol-gelmethode zijn de apparatuurkosten van de chemische dampdepositiemethode lager en kan productie op grote schaal- worden gerealiseerd.
Nadelen:
Dure apparatuur: Voor chemische dampafzetting is apparatuur nodig zoals hoge- reactieovens en gas- transportsystemen voor precursoren, die duur zijn.
Hoge technische eisen: Chemische dampafzetting vereist nauwkeurige controle van de reactieomstandigheden (zoals temperatuur, druk, gasstroomsnelheid, enz.) en stelt hoge technische eisen.
Vervuiling: Het uitlaatgas dat wordt gegenereerd door de chemische dampafzettingsmethode bevat -productgassen (zoals HCl), die een bepaalde mate van vervuiling hebben.
Beperkingen: Chemische dampdepositie kan alleen worden gebruikt voor materialen die kunnen worden verdampt, en voor bepaalde materialen zoals metalen en organische verbindingen die niet bij kamertemperatuur kunnen worden verdampt, kan CVD niet worden gebruikt voor depositie.
4. Toepassingsvoorbeelden
Dunne films van zirkoniumoxide vervaardigd door chemische dampafzetting worden veel gebruikt in gebieden zoals elektronica, opto-elektronica en katalyse. Bijvoorbeeld:
Elektronica: materialen die worden gebruikt voor de productie van elektronische apparaten met hoog-vermogen en hoog-circuits. Dunne ZrC-films hebben een goede geleiding en hoge-temperatuurstabiliteit, wat de prestaties en betrouwbaarheid van elektronische apparaten kan verbeteren.
Opto-elektronica: materialen die worden gebruikt voor de vervaardiging van optische dunne films, nanostructuren en optische apparaten. Dunne ZrC-films hebben uitstekende optische eigenschappen, die de efficiëntie en prestaties van optische apparaten kunnen verbeteren.
Katalyse: Gebruikt als katalysator of katalysatordrager voor organische synthese, energieomzetting en milieubescherming. Dunne ZrC-films hebben een groot specifiek oppervlak en een hoge activiteit, wat de katalytische efficiëntie van katalysatoren kan verbeteren.
Methode 3: Sol-gelmethode
Sol-gelmethode is een methode voor het bereiden van materialen via precursormaterialen in de sol- en geltoestand. Bij de voorbereiding vanzirkoniumcarbidewordt de oplossing die zirkoniumionen bevat gewoonlijk gemengd met een geschikte koolstofbron om een gel te vormen, en vervolgens wordt de gel door warmtebehandeling omgezet in ZrC. Met deze methode kunnen ZrC-deeltjes van nano-grootte worden bereid met een groot specifiek oppervlak en een hoge activiteit.
1. Principe
Het principe van de sol-gelmethode is gebaseerd op de hydrolyse- en polycondensatiereactie tussen de oplossing die zirkoniumionen (zoals zirkoniumalkoxide) bevat en een koolstofbron (zoals glucose) in de vloeibare fase om gel te vormen. Na drogen en warmtebehandeling ondergaat de gel een carbothermische reductiereactie om ZrC te genereren. De reactievergelijking is als volgt:
Zr(OR)4+C6H12O6→ZrC+CO2+H2O
2. Stappen
De specifieke stappen van de sol-gelmethode zijn als volgt:
(1) Voorbereiding van de oplossing:
Meng een oplossing die zirkoniumionen (zoals zirkoniumalkoxide) bevat met een koolstofbron (zoals glucose) in een bepaalde verhouding en meng gelijkmatig. De mengverhouding moet worden geoptimaliseerd in overeenstemming met de vereiste ZrC-samenstelling en reactieomstandigheden.
(2) Gelvorming:
Men laat de gemengde oplossing een tijdje bij kamertemperatuur staan om een hydrolyse- en polycondensatiereactie te ondergaan om gel te vormen. Tijdens de gelvorming verliest de oplossing geleidelijk zijn vloeibaarheid en vormt een vaste substantie met een bepaalde sterkte.
(3) Droogbehandeling:
Gel wordt in een droogoven gedroogd om vocht en organische oplosmiddelen uit de gel te verwijderen. Tijdens het droogproces krimpt het gelvolume geleidelijk tot een poreuze droge gel.
(4) Warmtebehandeling:
Behandel de droge gel met warmte in een inerte atmosfeer (zoals argon) en verwarm deze tot een hoge temperatuur (zoals 1500 graden). Tijdens de warmtebehandeling ondergaat de droge gel een carbothermische reductiereactie om ZrC te genereren.
Tegelijkertijd verdween de poreuze structuur in de droge gel geleidelijk, waardoor dichte ZrC-deeltjes ontstonden.
3. Voor- en nadelen
Voordeel:
Nanoniveau: De sol-gelmethode kan ZrC-deeltjes op nanoniveau bereiden met een groot specifiek oppervlak en hoge activiteit.
Eenvoudig proces: de processtroom van de sol-gelmethode is relatief eenvoudig, eenvoudig te bedienen en industriële productie te realiseren.
Lage apparatuurkosten: vergeleken met chemische dampafzetting zijn de apparatuurkosten van de sol-gelmethode lager.
Energiebesparing: de reactietemperatuur van de sol-gelmethode is relatief laag, wat energie kan besparen.
Nadelen:
Hoge grondstoffenkosten: de sol-gelmethode vereist het gebruik van zeer zuivere zirkoniumalkoxide, glucose en andere grondstoffen, en de grondstoffenkosten zijn hoog.
Resterende kleine gaatjes: Er kunnen resterende kleine gaatjes in de ZrC-deeltjes zitten die zijn bereid met de sol-gel-methode, wat de compactheid en prestaties van de materialen beïnvloedt.
Temperatuurcontrole tijdens hittebehandeling: Nauwkeurige temperatuurcontrole is vereist tijdens het hittebehandelingsproces om resterende koolstof te vermijden en de zuiverheid van ZrC te beïnvloeden.
Lange reactietijd: de reactietijd van de sol-gelmethode is lang, wat de productie-efficiëntie beïnvloedt.
Schade van organische oplosmiddelen: de organische oplosmiddelen die bij de sol-gelmethode worden gebruikt, zijn schadelijk voor het menselijk lichaam.
4. Toepassingsvoorbeelden
ZrC-nanodeeltjes bereid met de sol-gel-methode worden veel gebruikt op biomedische, katalytische, elektronische en andere gebieden. Bijvoorbeeld:
Biomedisch: Gebruikt als kunstmatige gewrichten en tandheelkundige materialen. ZrC-nanodeeltjes hebben een uitstekende biocompatibiliteit en biostabiliteit en kunnen compatibel zijn met menselijke weefsels zonder afstotingsreacties te veroorzaken.
Katalyse: Gebruikt als katalysatordrager. ZrC-nanodeeltjes hebben een groot specifiek oppervlak en een hoge activiteit, wat de katalytische efficiëntie van katalysatoren kan verbeteren.
Elektronica: materialen die worden gebruikt om elektronische apparaten met hoge-prestaties te vervaardigen. De nanodeeltjes hebben een uitstekende geleidbaarheid en hoge-temperatuurstabiliteit, wat de prestaties en betrouwbaarheid van elektronische apparaten kan verbeteren.
Zirkoniumcarbidewerd niet ontdekt als een natuurlijk mineraal, maar voor het eerst gesynthetiseerd in laboratoriumonderzoek van eind 19e tot midden 20e eeuw, geworteld in vroege onderzoeken naar zirkonium en vuurvast carbide. Het zirkoniumelement werd in 1789 geïsoleerd uit zirkoonerts, maar stabiele binaire Zr-C-verbindingen bleven meer dan een eeuw lang ongekarakteriseerd.
Aan het eind van de 19e eeuw probeerden scheikundigen directe vaste-stofreacties uit te voeren tussen ruw zirkoniummetaal en grafiet bij extreme hitte, maar zuurstof- en stikstofverontreiniging uit open ovens leverde onzuivere oxycarbidemengsels op zonder bevestigde ZrC-fase-identificatie.
Systematisch onderzoek werd gelanceerd in de jaren twintig nadat vacuümovens met hoge- temperatuur opkwamen. Wetenschappers hebben de carbotherme reductie van zirkoniumoxide met koolstof onder inerte atmosferen geoptimaliseerd, waarbij identificeerbaar kristallijn ZrC werd geproduceerd en de rots-zoutkristalstructuur werd geverifieerd via primitieve röntgen-straaldiffractie.
In de jaren dertig en veertig zorgde het onderzoek naar kernenergie voor een diepere karakterisering: de lage dwarsdoorsnede van de neutronenvangst en het ultrahoge smeltpunt van ZrC trokken de aandacht voor reactorcomponenten, wat aanleiding gaf tot gestandaardiseerde syntheseprotocollen en het nauwkeurig testen van eigenschappen.
De ruimtewedloop van de jaren zestig heeft de ontwikkeling enorm versneld. Onderzoekers hebben het volledige Zr-C-fasediagram in kaart gebracht, de niet-stoichiometrische ZrCₓ vaste- oplossingsbereiken verduidelijkt en baanbrekend werk gedaan met damp- afgezette ZrC-coatings voor hypersonische thermische bescherming van voertuigen.
Vanaf de jaren zeventig breidden CVD- en plasmaspuittechnieken de industriële fabricage uit, terwijl moderne diffractiegereedschappen geordende koolstof-vacature-superstructuren onthulden, waarmee de eeuw-lange verkenning van dit ultra-hoge- keramiek werd voltooid.
Veelgestelde vragen
Waar wordt zirkoniumcarbide voor gebruikt?
+
-
Zirkoniumcarbide (ZrC) is een potentieel coating-, zuurstof{0}}bindend of inert matrixmateriaal voorgeavanceerde reactorbrandstoffen voor hoge temperaturen. ZrC heeft aantrekkelijke eigenschappen aangetoond voor deze brandstoftoepassingen, waaronder uitstekende weerstand tegen corrosie van splijtingsproducten en het vermogen om splijtingsproducten vast te houden.
Bij welke temperatuur smelt zirkoniumcarbide?
+
-
Zirkoniumcarbide (ZrC) heeft een smeltpunt van ongeveer 3.532 tot 3.540 graden (6.390 tot 6.404 graden F of 3.805 tot 3.813 K).
Populaire tags: zirkoniumcarbide cas 12070-14-3, leveranciers, fabrikanten, fabriek, groothandel, kopen, prijs, bulk, te koop