Carbur de zirconi(ZrC) és un material ceràmic de súper-alta-temperatura amb una estructura cristal·lina cúbica-centrada de tipus NaCl-típica, que presenta una brillantor metàl·lica gris-negre. La seva característica més notable és un punt de fusió extremadament alt (aproximadament 3540 graus), una gran duresa (aproximadament 25 GPa) i una excel·lent estabilitat química, que li permeten mantenir la integritat estructural en entorns extrems. Aquest material també posseeix una bona conductivitat tèrmica i elèctrica i propietats d'activació baixes. Aquestes propietats excepcionals el converteixen en un material candidat ideal per a sistemes de protecció tèrmica en aeroespacial, components d'avantguarda-d'avions supersònics i recobriments de combustible de reactors nuclears. Actualment, la preparació de carbur de zirconi depèn principalment de processos com ara la sinterització a -alta temperatura o la deposició química de vapor. La seva aplicació i desenvolupament estan estretament lligats a la demanda urgent de materials de medi ambient extrem en futures indústries-avantguardistes i tecnologies de defensa.
|
Fórmula química |
C40H68Zr |
|
Missa exacta |
638 |
|
Pes molecular |
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%) |
|
Anàlisi elemental |
C, 75,04; H, 10,71; Zr, 14,25 |
|
|
|
La fórmula molecular decarbur de zirconiés ZrC, amb un pes molecular de 103,23. La seva densitat és de 6,73 g/cm³, el punt de fusió és de fins a 3532 graus, el punt d'ebullició és de 5100 graus i la duresa de Mohs és de 8-9. Pel que fa a les propietats químiques, ZrC és insoluble en àcid clorhídric, però soluble en àcid nítric i àcid fluorhídric, així com àcid fluorhídric i àcid sulfúric calent que conté peròxid d'hidrogen. Aquestes característiques fan que ZrC sigui un material ideal-estructural d'alta temperatura i un material resistent a la corrosió. És un material ceràmic important amb excel·lents propietats com ara alta resistència, alta duresa, resistència a altes temperatures i resistència a la corrosió. Aquestes característiques fan que ZrC tingui àmplies perspectives d'aplicació en múltiples camps.
Té una excel·lent resistència a la corrosió, resistència al desgast, resistència a altes temperatures, excel·lent resistència a la fatiga i bona conductivitat i, per tant, s'utilitza àmpliament en el camp dels materials estructurals d'-alta temperatura.
Aeroespacial:
Revestiment de la cambra de combustió: pot suportar un ús-a llarg termini en entorns d'alta temperatura i alta pressió i, per tant, s'utilitza com a material de revestiment per a les cambres de combustió de motors aeroespacials. La seva excel·lent resistència a les altes temperatures pot protegir eficaçment l'estructura de la cambra de combustió, millorar la vida útil i la seguretat del motor.
Propulsió a raig: També s'utilitza com a component clau de la propulsió a raig, com ara tubs de mescla de combustible, dipòsits de propulsor, etc. La seva alta resistència i resistència a la corrosió garanteixen el funcionament estable del propulsor en entorns extrems.
Pales de turbina: el recobriment ZrC pot millorar la resistència a les altes temperatures i la resistència a la corrosió de les pales de les turbines en els motors d'avions, allargant així la vida útil de les pales.
Un vaixell:
Propulsor: component clau que s'utilitza com a sistema de propulsió per a vaixells, com ara petxines de propulsió, hèlixs submarines, etc. La seva excel·lent resistència a la corrosió i resistència al desgast poden garantir el funcionament estable del propulsor en entorns complexos com l'aigua de mar.
Components interns del motor: el recobriment ZrC pot millorar la resistència a les altes temperatures i la resistència a la corrosió dels components interns dels motors marins, allargant així la vida útil del motor.
Electricitat:
Bescanviador de calor: s'utilitza com a material d'intercanviador de calor a la indústria elèctrica. La seva excel·lent resistència a les altes temperatures i la seva resistència a la corrosió poden garantir el funcionament estable de l'intercanviador de calor en ambients d'alta temperatura i corrosius i millorar l'eficiència de l'intercanvi de calor.
Processament del petroli, químic, metal·lúrgic i del carbó:
Reactor d'alta temperatura: s'utilitza com a component clau dels reactors d'alta-temperatura en camps com el processament del petroli, la química, la metal·lúrgia i el carbó. La seva excel·lent resistència a les altes temperatures i la seva resistència a la corrosió poden garantir el funcionament estable del reactor en ambients d'alta temperatura i corrosius i millorar l'eficiència de la reacció.
Portador de catalitzador: també es pot utilitzar com a portador de catalitzador, i la seva gran superfície específica i una excel·lent estabilitat química poden garantir el funcionament eficient i estable del catalitzador.
Té una gran duresa i una excel·lent resistència al desgast i, per tant, s'utilitza com a eina de tall, material -resistent al desgast, etc.
Eines de tall:
Materials de recobriment utilitzats com a eines de tall, com ara eines de tall, broques, etc. La seva alta duresa i excel·lent resistència al desgast poden millorar significativament el rendiment de tall i la vida útil de l'eina.
Components resistents al desgast:
En alguns components mecànics que requereixen una alta resistència al desgast, com ara coixinets, anells de segellat, etc., el recobriment ZrC pot millorar la resistència al desgast dels components, allargant així la seva vida útil.
Material de mòlta:
També es pot utilitzar com a material de mòlta per processar diversos metalls durs, vidre o corindó. La seva alta duresa i excel·lent resistència al desgast garanteixen un funcionament eficient i estable durant el procés de mòlta.
Material resistent a la corrosió
Té una excel·lent resistència a la corrosió i, per tant, s'utilitza com a component -resistent a la corrosió en equips químics.
Bescanviador de calor:
En la producció química, els intercanviadors de calor sovint entren en contacte amb diversos mitjans corrosius. Utilitzat com a component clau dels intercanviadors de calor, la seva excel·lent resistència a la corrosió garanteix un funcionament estable de l'intercanviador de calor en entorns corrosius.
catalitzador:
També es pot utilitzar com a portador o component actiu per als catalitzadors. La seva excel·lent estabilitat química i resistència a la corrosió garanteixen el funcionament eficient i estable del catalitzador en condicions de reacció complexes.
Té una bona conductivitat i una estabilitat a alta temperatura i, per tant, s'utilitza com a material per a la fabricació de dispositius electrònics d'alta-potència i circuits d'alta-freqüència.
Dispositius electrònics d'alta potència:
En alguns dispositius electrònics d'alta-potència, com ara díodes de potència, tiristors, etc., s'utilitzen com a materials d'elèctrode. La seva excel·lent conductivitat i l'alta-estabilitat a la temperatura poden garantir el funcionament estable del dispositiu en entorns d'alta-temperatura.
Circuit d'alta freqüència:
En circuits d'alta-freqüència, materials utilitzats com a línies de transmissió, ressonadors i altres components. La seva excel·lent conductivitat i l'alta-estabilitat a la temperatura poden garantir el funcionament eficient i estable del circuit en entorns d'alta-freqüència.
Materials biomèdics
Té una bona biocompatibilitat i estabilitat biològica i, per tant, s'utilitza com a substitut de materials ortopèdics i dentals.
Articulació artificial:
Materials utilitzats com a articulacions artificials, com ara articulacions artificials del genoll, articulacions artificials del maluc, etc. La seva excel·lent biocompatibilitat i estabilitat biològica poden garantir el funcionament estable-a llarg termini de les articulacions artificials del cos humà.
Dents artificials:
També s'utilitza com a material per a les dents artificials, com ara corones dentals, ponts, etc. La seva excel·lent resistència al desgast i resistència a la corrosió poden garantir el funcionament estable a llarg termini-de les dents artificials a la cavitat bucal.
Implants ortopèdics:
En alguns implants ortopèdics, com les ungles òssies, plaques òssies, etc., s'utilitzen com a materials de recobriment. La seva excel·lent biocompatibilitat i estabilitat biològica poden garantir el funcionament estable-a llarg termini dels implants al cos humà.
Biosensors:
També es pot utilitzar com a material portador de biosensors. La seva excel·lent estabilitat química i biocompatibilitat garanteixen el funcionament eficient i estable del sensor en entorns biològics complexos.
Sistema de lliurament de medicaments:
En alguns sistemes d'administració de fàrmacs, s'utilitza com a material portador. La seva excel·lent biocompatibilitat i estabilitat biològica poden garantir el lliurament segur i eficaç de fàrmacs al cos humà.
Carbur de zirconi, com a material ceràmic important, té excel·lents propietats com ara alta resistència, alta duresa, resistència a alta temperatura i resistència a la corrosió. Té àmplies perspectives d'aplicació en materials estructurals d'alta-temperatura, materials-resistents al desgast, materials resistents a la corrosió-, materials electrònics, materials biomèdics i altres camps.
ZrC és un material ceràmic important amb excel·lents propietats com ara alta resistència, alta duresa, resistència a alta temperatura i resistència a la corrosió. Aquestes característiques fan que ZrC tingui àmplies perspectives d'aplicació en múltiples camps. Els mètodes de preparació de ZrC inclouen principalment el mètode de reducció tèrmica, el mètode de deposició de vapor químic i el mètode sol gel. Aquest article proporcionarà una introducció detallada als principis, passos, avantatges i desavantatges, així com exemples d'aplicació d'aquests tres mètodes de preparació.
Mètode 1: Mètode de reducció tèrmica
El mètode de reducció tèrmica és un dels mètodes més utilitzats per preparar ZrC. Genera ZrC fent reaccionar òxid de zirconi amb una font de carboni a alta temperatura. Aquest mètode és senzill,-eficaç i pot produir ZrC d'alta-puresa.
1. Principi
El principi del mètode de reducció tèrmica es basa en la reacció de reducció entre l'òxid de zirconi (com ara el zirconi, ZrO ₂) i la font de carboni (com el negre de carboni) a alta temperatura, produint ZrC i monòxid de carboni (CO). L'equació de la reacció és la següent:
ZrO2+3C→ZrC+2CO
2. Passos
Els passos específics del mètode de reducció tèrmica són els següents:
(1) Mescla de matèries primeres:
Barregeu l'òxid de zirconi (com el zirconi) amb una font de carboni (com el negre de carboni) en una proporció determinada. La relació de mescla s'ha d'optimitzar segons la puresa requerida de ZrC i les condicions de reacció.
(2) Càrrega:
Carregueu les matèries primeres barrejades al gresol de grafit del forn de carbonització. Els gresols de grafit tenen una excel·lent resistència a les altes temperatures i estabilitat química, assegurant que les reaccions es produeixen a altes temperatures.
(3) Reacció d'escalfament:
Escalfeu el forn de carbonització a una temperatura elevada (com ara 2400 graus) en una atmosfera d'hidrogen. L'atmosfera d'hidrogen pot prevenir l'oxidació d'òxids de zirconi i fonts de carboni a altes temperatures, alhora que afavoreix el progrés de les reaccions de reducció. Durant el procés d'escalfament, l'òxid de zirconi experimenta una reacció de reducció amb la font de carboni, produint ZrC i monòxid de carboni.
(4) Refrigeració i recollida de material:
Un cop completada la reacció, apagueu la font de calefacció i deixeu que el forn de carbonització es refredi de manera natural a temperatura ambient. Durant el procés de refrigeració, el gas monòxid de carboni generat es descarrega gradualment, donant lloc finalment a productes ZrC.
3. Avantatges i inconvenients
Avantatge:
Mètode senzill: el flux de procés del mètode de reducció tèrmica és relativament senzill, fàcil d'operar i aconseguir una producció industrial.
Baix cost: en comparació amb el mètode de deposició de vapor químic i sol gel, el mètode de reducció tèrmica té un cost de matèria primera més baix i no requereix equipament complex.
Alta puresa: optimitzant les condicions de reacció i les proporcions de matèries primeres, es pot preparar ZrC d'alta -puresa.
Inconvenients:
Alt consum d'energia: El mètode de reducció tèrmica requereix que les reaccions es realitzin a altes temperatures, donant lloc a un alt consum d'energia.
Requisits d'equip elevats: el forn de carbonització ha de ser capaç de suportar altes temperatures i estar equipat amb un sistema d'atmosfera d'hidrogen, que requereix uns requisits d'equip elevats.
4. Exemples d'aplicació
Carbur de zirconiEl preparat mitjançant el mètode de reducció tèrmica s'utilitza àmpliament en l'aeroespacial, la construcció naval, l'energia, el petroli, la química, la metal·lúrgia, el processament del carbó i altres camps. Per exemple:
Aeroespacial: s'utilitza com a revestiment de cambra de combustió, propulsió a raig, pales de turbines i altres components per a motors aeroespacials. El ZrC pot suportar un ús-a llarg termini en entorns d'alta temperatura i alta pressió, millorant la vida útil i la seguretat dels motors.
Vaixell: components clau que s'utilitzen com a propulsors de vaixells, com ara petxines d'empenta, propulsors submarins, etc. L'excel·lent resistència a la corrosió i la resistència al desgast de ZrC poden garantir el funcionament estable dels propulsors en entorns complexos com l'aigua de mar.
Electricitat: s'utilitza com a intercanviadors de calor, intercanviadors de calor, tubs d'intercanvi de calor i altres components a la indústria elèctrica. L'excel·lent resistència a les altes temperatures i la resistència a la corrosió de ZrC poden garantir el funcionament estable d'aquests components en ambients d'alta temperatura i corrosius.
Mètode 2: Mètode de deposició de vapor químic
La deposició química en vapor (CVD) és un mètode per dur a terme reaccions en condicions de fase-gasosa. Utilitza precursors-en fase gasosa per descompondre's en ZrC a altes temperatures i dipositar-lo a la superfície del substrat. Aquest mètode pot controlar la morfologia i l'estructura dels materials i preparar pel·lícules ZrC amb morfologia i mida específiques.
1. Principi
El principi de deposició química de vapor es basa en la reacció de descomposició dels precursors de la fase gas{0}(com ara el tetraclorur de zirconi i els gasos d'hidrocarburs) a altes temperatures, produint ZrC i els gasos corresponents del-producte. L'equació de reacció és la següent (prenent com a exemples el tetraclorur de zirconi i el metà):
ZrCl4+CH4→ZrC+4HCl
2. Passos
Els passos específics del mètode de deposició de vapor químic són els següents:
(1) Preparació de precursors-en fase gasosa:
Barregeu els precursors-en fase gasosa (com ara el tetraclorur de zirconi i els gasos d'hidrocarburs) uniformement en una determinada proporció. La relació de mescla s'ha d'optimitzar segons la composició de la pel·lícula ZrC i les condicions de reacció requerides.
(2) Tractament del substrat:
Netegeu i tracteu la superfície del material del substrat (com ara hòsties de silici, hòsties de ceràmica, etc.) per garantir que la pel·lícula ZrC es pugui dipositar uniformement a la superfície del substrat.
(3) Reacció de deposició:
El precursor de fase gasoses mescla- es passa a un cable de tungstè escalfat a una temperatura elevada (com ara 1700-2400 graus). A altes temperatures, els precursors-en fase gasosa experimenten reaccions de descomposició, produint ZrC i gasos subproductes. El ZrC es diposita a la superfície del substrat per formar una pel·lícula fina.
(4) Recollida de material de refrigeració:
Un cop completada la reacció, apagueu la font de calefacció i deixeu que el sistema es refredi de manera natural a temperatura ambient. Durant el procés de refredament, els gasos del subproducte s'alliberen gradualment, donant com a resultat una pel·lícula de ZrC.
3. Avantatges i inconvenients
Avantatge:
Morfologia controlable: la deposició química de vapor pot controlar la morfologia i l'estructura dels materials i preparar pel·lícules ZrC amb morfologia i mida específiques.
Cobertura forta: la tecnologia CVD pot cobrir la superfície del material dipositat, produint recobriments gruixuts i estructures direccionals complexes, adequades per a la fabricació de recobriments en espais extrems.
Excel·lent rendiment: els recobriments CVD dipositats a la superfície del material dipositat tenen bones propietats mecàniques i elèctriques, com ara resistència al desgast i resistència a la corrosió.
Cost baix: en comparació amb el mètode de gel sol, el cost de l'equip del mètode de deposició de vapor químic és més baix i es pot fer una producció a gran-escala.
Inconvenients:
Equips cars: la deposició de vapor químic requereix equips com ara-forns de reacció a alta temperatura i sistemes de transport de precursors en fase gas-, que són cars.
Requisits tècnics elevats: la deposició de vapor químic requereix un control precís de les condicions de reacció (com ara la temperatura, la pressió, el cabal de gas, etc.) i té uns requisits tècnics elevats.
Contaminació: el gas d'escapament generat pel mètode de deposició de vapor químic conté gasos derivats del-producte (com ara HCl), que tenen un cert grau de contaminació.
Limitacions: la deposició química de vapor només es pot utilitzar per a materials que es poden vaporitzar, i per a determinats materials, com ara metalls i compostos orgànics que no es poden vaporitzar a temperatura ambient, el CVD no es pot utilitzar per a la deposició.
4. Exemples d'aplicació
Les pel·lícules primes de zirconi preparades per deposició química de vapor s'utilitzen àmpliament en camps com l'electrònica, optoelectrònica i catàlisi. Per exemple:
Electrònica: materials utilitzats per a la fabricació de dispositius electrònics d'alta-potència i circuits d'alta-freqüència. Les pel·lícules primes de ZrC tenen una bona conductivitat i una alta -estabilitat a la temperatura, cosa que pot millorar el rendiment i la fiabilitat dels dispositius electrònics.
Optoelectrònica: materials utilitzats per a la preparació de pel·lícules primes òptiques, nanoestructures i dispositius òptics. Les pel·lícules primes ZrC tenen excel·lents propietats òptiques, que poden millorar l'eficiència i el rendiment dels dispositius òptics.
Catàlisi: s'utilitza com a catalitzador o portador de catalitzador per a la síntesi orgànica, la conversió d'energia i la protecció del medi ambient. Les pel·lícules primes de ZrC tenen una gran superfície específica i una gran activitat, cosa que pot millorar l'eficiència catalítica dels catalitzadors.
Mètode 3: mètode sol gel
El mètode sol gel és un mètode de preparació de materials mitjançant materials precursors en estats sol i gel. En la preparació decarbur de zirconi, la solució que conté ions de zirconi es barreja generalment amb una font de carboni adequada per formar un gel, i després el gel es converteix en ZrC mitjançant tractament tèrmic. Aquest mètode pot preparar partícules de ZrC de mida nano- amb una gran superfície específica i una gran activitat.
1. Principi
El principi del mètode sol gel es basa en la reacció d'hidròlisi i policondensació entre la solució que conté ions de zirconi (com l'alcòxid de zirconi) i la font de carboni (com la glucosa) en la fase líquida per formar gel. Després de l'assecat i el tractament tèrmic, el gel experimenta una reacció de reducció carbotèrmica per generar ZrC. L'equació de la reacció és la següent:
Zr(OR)4+C6H12O6→ZrC+CO2+H2O
2. Passos
Els passos específics del mètode sol gel són els següents:
(1) Preparació de la solució:
Barregeu una solució que conté ions de zirconi (com l'alcòxid de zirconi) amb una font de carboni (com la glucosa) en una proporció determinada i barregeu-ho uniformement. La relació de mescla s'ha d'optimitzar segons la composició de ZrC i les condicions de reacció requerides.
(2) Formació de gel:
La solució barrejada es deixa reposar a temperatura ambient durant un període de temps per experimentar una reacció d'hidròlisi i policondensació per formar gel. Durant la formació del gel, la solució perd gradualment la seva fluïdesa i forma una substància sòlida amb certa força.
(3) Tractament d'assecat:
El gel s'asseca en un forn d'assecat per eliminar la humitat i els dissolvents orgànics del gel. Durant el procés d'assecat, el volum de gel es redueix gradualment per formar un gel sec porós.
(4) Tractament tèrmic:
Tracteu tèrmicament el gel sec en una atmosfera inert (com ara argó) i escalfeu-lo a una temperatura elevada (com ara 1500 graus). Durant el tractament tèrmic, el gel sec experimenta una reacció de reducció carbotèrmica per generar ZrC.
Al mateix temps, l'estructura porosa del gel sec va desaparèixer gradualment, formant partícules denses de ZrC.
3. Avantatges i inconvenients
Avantatge:
Nivell nano: el mètode sol gel pot preparar partícules ZrC de nivell nano amb una gran superfície específica i una gran activitat.
Procés senzill: el flux del procés del mètode sol gel és relativament senzill, fàcil d'operar i realitzar la producció industrial.
Cost de l'equip baix: en comparació amb la deposició de vapor químic, el cost de l'equip del mètode de gel sol és més baix.
Estalvi d'energia: la temperatura de reacció del mètode sol gel és relativament baixa, cosa que pot estalviar energia.
Inconvenients:
Cost elevat de les matèries primeres: el mètode sol gel requereix l'ús d'alcòxid de zirconi d'alta puresa, glucosa i altres matèries primeres, i el cost de les matèries primeres és elevat.
Forats petits residuals: pot haver-hi forats petits residuals a les partícules de ZrC preparades pel mètode sol-gel, que afecta la compacitat i el rendiment dels materials.
Control de temperatura durant el tractament tèrmic: es requereix un control precís de la temperatura durant el procés de tractament tèrmic per evitar carboni residual i afectar la puresa de ZrC.
Temps de reacció llarg: el temps de reacció del mètode sol gel és llarg, cosa que afecta l'eficiència de producció.
Dany dels dissolvents orgànics: els dissolvents orgànics utilitzats en el mètode sol gel són perjudicials per al cos humà.
4. Exemples d'aplicació
Les nanopartícules de ZrC preparades mitjançant el mètode sol-gel s'utilitzen àmpliament en camps biomèdics, catalítics, electrònics i altres. Per exemple:
Biomèdica: S'utilitza com a articulacions artificials i materials dentals. Les nanopartícules de ZrC tenen una biocompatibilitat i bioestabilitat excel·lents i poden ser compatibles amb teixits humans sense provocar reaccions de rebuig.
Catàlisi: S'utilitza com a portador de catalitzador. Les nanopartícules de ZrC tenen una gran superfície específica i una gran activitat, cosa que pot millorar l'eficiència catalítica dels catalitzadors.
Electrònica: materials utilitzats per fabricar-dispositius electrònics d'alt rendiment.Carbur de zirconiLes nanopartícules tenen una conductivitat excel·lent i una{0}}estabilitat a alta temperatura, cosa que pot millorar el rendiment i la fiabilitat dels dispositius electrònics.
Etiquetes populars: carbur de zirconi cas 12070-14-3, proveïdors, fabricants, fàbrica, venda a l'engròs, compra, preu, a granel, en venda