Карбид циркония

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 ZrC_0,62 и ZrC_1,0 соответственно^[1].

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]

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:

${\displaystyle {\mathsf {ZrO+2C\rightarrow ZrC+CO}}}$

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:

${\displaystyle {\mathsf {ZrCl_{4}+CH_{4}+H_{2}\rightleftarrows \ ZrC+4HCl+H_{2}}}}$

Осаждение происходит на поверхности вольфрамовой нити, разогретой до температуры 1700—2400 °C. Проведение процесса при высокой температуре (около 2400 °C) позволяет получить монокристаллический осадок. Метан может быть заменен толуолом, бензолом или ацетиленом.

^[4]

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.

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].