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 .

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

Получение

Карбид циркония можно получить одним из следующих способов .

• 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 .

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 . Начиная с 700 °C, карбид циркония взаимодействует с кислородом с образованием ZrO ₂ . 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 . Композит ZrC-UC используют в термоэлектрогенераторах . Также карбид циркония применяется как абразивный материал для полировки металлов .

Примечания