El carburo de circonio ( Zr C ) es un material cerámico refractario extremadamente duro , [7] utilizado comercialmente en brocas para herramientas de corte. Por lo general, se procesa mediante sinterización .
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Nombres | |
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Otros nombres Carburo de circonio (I) | |
Identificadores | |
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Tarjeta de información ECHA | 100.031.920 ![]() |
Número CE |
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PubChem CID | |
Número RTECS |
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un numero | 3178 |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
Propiedades | |
ZrC | |
Masa molar | 103,235 g · mol −1 |
Apariencia | Sólido refractario gris |
Olor | Inodoro |
Densidad | 6,73 g / cm 3 (24 ° C) [1] |
Punto de fusion | 3,532–3,540 ° C (6,390–6,404 ° F; 3,805–3,813 K) [1] [2] |
Punto de ebullición | 5.100 ° C (9.210 ° F; 5.370 K) [2] |
Insoluble | |
Solubilidad | Soluble en H 2 SO 4 concentrado , HF , [1] HNO 3 |
Estructura | |
Cúbico , cF8 [3] | |
Fm 3 m, No. 225 [3] | |
a = 4,6976 (4) Å [3] α = 90 °, β = 90 °, γ = 90 ° | |
Octaédrico [3] | |
Termoquímica | |
Capacidad calorífica ( C ) | 37,442 J / mol · K [4] |
Entropía molar estándar ( S | 33,14 J / mol · K [4] |
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | −207 kJ / mol (extrapolado a la composición estequiométrica) [5] −196,65 kJ / mol [4] |
Peligros | |
Principales peligros | Pirofórico |
Pictogramas GHS | ![]() ![]() |
Palabra de señal GHS | Peligro |
Declaraciones de peligro GHS | H228 , H302 , H312 , H332 [6] |
Consejos de prudencia del SGA | P210 , P280 [6] |
NFPA 704 (diamante de fuego) | ![]() 0 0 0 |
Compuestos relacionados | |
Otros aniones | Nitruro de circonio Óxido de circonio |
Otros cationes | Carburo de titanio Carburo de hafnio Carburo de vanadio Carburo de niobio Carburo de tantalio Carburo de cromo Carburo de molibdeno Carburo de tungsteno |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
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Referencias de Infobox | |
Propiedades
Coeficientes de expansión térmica de ZrC [2] | |
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T | α V |
100 ° C | 0,141 |
200 ° C | 0.326 |
400 ° C | 0,711 |
800 ° C | 1,509 |
1200 ° C | 2.344 |
Tiene la apariencia de un polvo metálico gris con estructura de cristal cúbico . Es muy resistente a la corrosión . Este carburo de metal de transición intersticial del Grupo IV también es miembro de las cerámicas de temperatura ultra alta o (UHTC). Debido a la presencia de enlaces metálicos, el ZrC tiene una conductividad térmica de 20,5 W / m · K y una conductividad eléctrica (resistividad ~ 43 μΩ · cm), ambas similares a las del circonio metálico. El fuerte enlace covalente Zr-C le da a este material un punto de fusión muy alto (~ 3530 ° C), módulo alto (~ 440 GPa) y dureza (25 GPa). El ZrC tiene una densidad menor (6,73 g / cm 3 ) en comparación con otros carburos como WC (15,8 g / cm 3 ), TaC (14,5 g / cm 3 ) o HfC (12,67 g / cm 3 ). ZrC parece adecuado para su uso en vehículos de reentrada , motores cohete / scramjet o vehículos supersónicos en los que las capacidades de carga de baja densidad y alta temperatura son requisitos cruciales. [ cita requerida ]
Como la mayoría de los carburos de metales refractarios, el carburo de circonio es subestequiométrico, es decir, contiene vacantes de carbono. Con contenidos de carbono superiores a aproximadamente ZrC 0,98, el material contiene carbono libre. [5] El ZrC es estable para una relación de carbono a metal que varía de 0,65 a 0,98.
Los carburos metálicos del grupo IVA , TiC , ZrC y SiC son prácticamente inertes frente al ataque de ácidos acuosos fuertes (HCl) y bases acuosas fuertes (NaOH) incluso a 100 ° C, sin embargo, ZrC reacciona con HF.
La mezcla de carburo de circonio y carburo de tántalo es un material de cermet importante . [ cita requerida ]
Usos
El carburo de circonio y el carburo de niobio sin hafnio se pueden utilizar como revestimientos refractarios en reactores nucleares . Debido a una sección transversal de absorción de neutrones baja y una sensibilidad débil al daño bajo irradiación, encuentra uso como recubrimiento de partículas de dióxido de uranio y dióxido de torio de combustible nuclear . El revestimiento se deposita normalmente mediante deposición de vapor químico térmico en un reactor de lecho fluidizado . También tiene alta emisividad y alta capacidad de corriente a temperaturas elevadas, lo que lo convierte en un material prometedor para su uso en radiadores termo-fotovoltaicos y puntas y matrices de emisores de campo. [ cita requerida ]
También se utiliza como abrasivo , en revestimientos , en cermets , filamentos incandescentes y herramientas de corte. [ cita requerida ]
Producción
El carburo de circonio se puede fabricar de varias formas. Un método es la reacción carbotérmica de zirconia por grafito. Esto da como resultado un polvo. A continuación, se puede preparar ZrC densificado sinterizando el polvo de ZrC a más de 2000 ° C. El prensado en caliente de ZrC puede reducir la temperatura de sinterización y, en consecuencia, ayuda a producir ZrC completamente densificado de grano fino. La sinterización por plasma de chispa también se ha utilizado para producir ZrC completamente densificado. [8]
El carburo de circonio también se puede fabricar mediante un procesamiento basado en solución. [9] Esto se logra sometiendo a reflujo un óxido metálico con acetilacetona.
Otro método de fabricación es la deposición química en fase de vapor. [10] Esto se logra calentando una esponja de circonio y analizando el gas haluro a través de ella.
La mala resistencia a la oxidación por encima de 800 ° C limita las aplicaciones de ZrC. Una forma de mejorar la resistencia a la oxidación del ZrC es hacer compuestos. Los compuestos importantes propuestos son los compuestos ZrC-ZrB 2 y ZrC-ZrB 2 -SiC. Estos compuestos pueden trabajar hasta 1800 ° C. [ cita requerida ] Otro método para mejorar esto es utilizar otro material como capa de barrera, como en las partículas de combustible TRISO.
Referencias
- ^ a b c Lide, David R., ed. (2009). Manual CRC de Química y Física (90ª ed.). Boca Raton, Florida : CRC Press . ISBN 978-1-4200-9084-0.
- ^ a b c Perry, Dale L. (2011). Manual de compuestos inorgánicos (2ª ed.). Prensa CRC. pag. 472. ISBN 978-1-4398-1461-1.
- ^ a b c d Kempter, CP; Fries, RJ (1960). "Datos cristalográficos. 189. Carburo de circonio". Química analítica . 32 (4): 570. doi : 10.1021 / ac60160a042 .
- ^ a b c Carburo de circonio en Linstrom, Peter J .; Mallard, William G. (eds.); NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69 , National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg (MD), http://webbook.nist.gov (consultado el 30 de junio de 2014)
- ^ a b Baker, FB; Tormentas, EK; Holley, CE (1969). "Entalpía de formación de carburo de circonio". Revista de datos de ingeniería y química . 14 (2): 244. doi : 10.1021 / je60041a034 .
- ^ a b c Sigma-Aldrich Co. , Carburo de circonio (IV) . Consultado el 30 de junio de 2014.
- ^ Medida y teoría de la dureza de los carburos de metales de transición, especialmente el carburo de tantalio. Schwab, GM; Krebs, A. Phys.-Chem. Inst., Univ. Muenchen, Munich, Fed. Rep. Ger. Planseeberichte fuer Pulvermetallurgie (1971), 19 (2), 91-110
- ^ Wei, Xialu; Atrás, Christina; Izhvanov, Oleg; Haines, Christopher; Olevsky, Eugene (2016). "Carburo de circonio producido por sinterización por plasma de chispa y prensado en caliente: cinética de densificación, crecimiento de grano y propiedades térmicas" . Materiales . 9 (7): 577. Bibcode : 2016Mate .... 9..577W . doi : 10.3390 / ma9070577 . PMC 5456903 . PMID 28773697 .
- ^ Sacks, Michael D .; Wang, Chang-An; Yang, Zhaohui; Jain, Anubhav (2004). "Síntesis de reducción carbotermal de polvos de carburo de circonio y carburo de hafnio nanocristalinos utilizando precursores derivados de la solución". Revista de ciencia de materiales . 39 (19): 6057–6066. doi : 10.1023 / B: JMSC.0000041702.76858.a7 .
- ^ https://www.researchgate.net/publication/229653039_Deposition_Mechanism_for_Chemical_Vapor_Deposition_of_Zirconium_Carbide_Coatings