碳化锆

碳化锆 (ZrC) 是一种极硬的耐火陶瓷材料，商业上用于切削工具的刀头。 它通常通过烧结处理。

外观为立方晶体结构的灰色金属粉末。 它具有很强的耐腐蚀性。 这种 IV 族间隙过渡金属碳化物也是超高温陶瓷或 (UHTC) 的成员。 由于存在金属键合，ZrC 的导热率为 20.5 W/m·K，导电率（电阻率约为 43 μΩ·cm）与金属锆相似。 强共价 Zr-C 键赋予该材料极高的熔点 (~3530 °C)、高模量 (~440 GPa) 和硬度 (25 GPa)。 与 WC (15.8 g/cm3)、TaC (14.5 g/cm3) 或 HfC (12.67 g/cm3) 等其他碳化物相比，ZrC 的密度较低 (6.73 g/cm3)。 ZrC 似乎适用于再入飞行器、火箭/超燃冲压发动机或超音速飞行器，在这些飞行器中，低密度和高温承载能力是至关重要的要求。

与大多数难熔金属的碳化物一样，碳化锆是亚化学计量的，即它包含碳空位。 在碳含量高于大约 ZrC0.98 时，材料包含游离碳。 ZrC 对于 0.65 至 0.98 的碳金属比是稳定的。

IVA 族金属碳化物、TiC、ZrC 和 SiC 实际上对强酸水溶液 (HCl) 和强碱水溶液 (NaOH) 的侵蚀呈惰性，即使在 100°C 下也是如此，但是，ZrC 确实会与 HF 发生反应。

碳化锆和碳化钽的混合物是一种重要的金属陶瓷材料。

不含铪的碳化锆和碳化铌可用作核反应堆的耐火涂层。 由于中子吸收截面低，辐照下的损伤敏感性弱，它被用作核燃料二氧化铀和二氧化钍颗粒的涂层。 通常在流化床反应器中通过热化学气相沉积来沉积涂层。 它还在高温下具有高发射率和高电流容量，使其成为一种很有前途的材料，可用于热光伏散热器和场发射器尖端和阵列。

它还用作磨料、包层、金属陶瓷、白炽灯丝和切割工具。

碳化锆可以通过多种方式制作。 一种方法是通过石墨对氧化锆进行碳热反应。 这导致粉末。 然后可以通过在 2000 °C 以上的温度下烧结 ZrC 粉末来制造致密的 ZrC。 ZrC 的热压可以降低烧结温度，从而有助于生产细晶粒完全致密的 ZrC。 放电等离子烧结也已用于生产完全致密的 ZrC。

碳化锆也可以通过基于溶液的加工来制造。 这是通过用乙酰丙酮回流金属氧化物来实现的。

另一种制造方法是化学气相沉积。 这是通过加热海绵锆并通过它解析卤化物气体来实现的。

超过 800 °C 的抗氧化性差限制了 ZrC 的应用。 提高 ZrC 抗氧化性的一种方法是制造复合材料。 提出的重要复合材料是 ZrC-ZrB2 和 ZrC-ZrB2-SiC 复合材料。 这些复合材料可以在高达 1800 °C 的温度下工作。 另一种改进方法是使用另一种材料作为阻挡层，例如 TRISO 燃料颗粒。