كربيد الزركونيوم

📅 آخر تحديث: ٩ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٩ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

كربيد الزركونيوم ( Zr C ) مادة خزفية حرارية شديدة الصلابة ، [ 7 ] تُستخدم تجارياً في رؤوس أدوات القطع. وعادةً ما تتم معالجتها عن طريق التلبيد .

ملكيات

معاملات التمدد الحراري لـ ZrC [ 2 ]
تيα V
100  درجة مئوية0.141
200  درجة مئوية0.326
400  درجة مئوية0.711
800  درجة مئوية1.509
1200  درجة مئوية2.344

يظهر على شكل مسحوق معدني رمادي ذي بنية بلورية مكعبة . يتميز بمقاومة عالية للتآكل . يُعد هذا الكربيد، وهو من كربيدات المعادن الانتقالية البينية من المجموعة الرابعة، مثالًا على السيراميك فائق الحرارة (UHTC). بفضل وجود الرابطة المعدنية، يتمتع كربيد الزركونيوم (ZrC) بموصلية حرارية تبلغ 20.5 واط/(متر·كلفن) وموصلية كهربائية تبلغ حوالي 2.3 ميجا سيمنز/متر، وكلاهما مشابه لموصلية معدن الزركونيوم . تمنح الرابطة التساهمية القوية بين الزركونيوم والكربون هذه المادة نقطة انصهار عالية جدًا (حوالي 3530 درجة مئوية)، ومعامل مرونة عالٍ (حوالي 440 جيجا باسكال)، وصلابة عالية (25 جيجا باسكال). يتميز كربيد الزركونيوم بكثافة أقل (6.73 جم/سم³ ) مقارنةً بكربيدات أخرى مثل كربيد التنجستن ( WC) (15.8 جم/سم³ ) ، وكربيد التنتالوم ( TaC) (14.5 جم/سم³ ) ، وكربيد الهافنيوم (HfC ) (12.67 جم/سم³ ) . يبدو أن ZrC مناسب للاستخدام في مركبات العودة إلى الغلاف الجوي ، ومحركات الصواريخ / محركات سكرامجت أو المركبات الأسرع من الصوت التي تعتبر فيها الكثافة المنخفضة وقدرات تحمل الأحمال في درجات الحرارة العالية متطلبات أساسية.        

كغيره من كربيدات المعادن المقاومة للحرارة ، يُعد كربيد الزركونيوم غير متكافئ التركيب، أي أنه يحتوي على فراغات كربونية. عند محتوى كربوني أعلى من 0.98 تقريبًا في ZrC، يحتوي المركب على كربون حر. [ 5 ] يكون ZrC مستقرًا عند نسبة كربون إلى معدن تتراوح بين 0.65 و0.98.

تعتبر كربيدات عناصر المجموعة الرابعة والمجموعة الرابعة أ، TiC و ZrC و SiC خاملة عمليًا تجاه الهجوم بواسطة الأحماض المائية القوية (مثل HCl(aq) ) والقواعد المائية القوية ( NaOH ) حتى عند 100  درجة مئوية، ومع ذلك، فإن ZrC يتفاعل مع HF .

يُعد خليط كربيد الزركونيوم وكربيد التنتالوم مادة سيرميت مهمة .

الاستخدامات

يمكن استخدام كربيد الزركونيوم وكربيد النيوبيوم الخاليين من الهافنيوم كطلاءات حرارية في المفاعلات النووية . ونظرًا لانخفاض مقطع امتصاص النيوترونات فيهما وضعف حساسيتهما للتلف الناتج عن الإشعاع، يُستخدمان كطلاء لجزيئات ثاني أكسيد اليورانيوم وثاني أكسيد الثوريوم في الوقود النووي . ويتم ترسيب هذا الطلاء عادةً بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار الحراري في مفاعل ذي طبقة مميعة . كما يتميز بانبعاثية عالية وقدرة عالية على تحمل التيار عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مادة واعدة للاستخدام في المشعات الكهروضوئية الحرارية وأطراف ومصفوفات الباعثات الميدانية.

كما يستخدم كمادة كاشطة ، وفي التكسية ، والسيراميك المعدني ، والخيوط المتوهجة ، وأدوات القطع.

إنتاج

يمكن تصنيع كربيد الزركونيوم بعدة طرق. إحدى هذه الطرق هي التفاعل الكربوني الحراري للزركونيا مع الجرافيت، مما ينتج عنه مسحوق. بعد ذلك، يمكن إنتاج كربيد الزركونيوم عالي الكثافة عن طريق تلبيد هذا المسحوق عند درجات حرارة تزيد عن 2000  درجة مئوية. يمكن للضغط الساخن لكربيد الزركونيوم أن يخفض درجة حرارة التلبيد، وبالتالي يساعد في إنتاج كربيد زركونيوم عالي الكثافة ذي حبيبات دقيقة. كما استُخدم التلبيد بالبلازما الشرارية لإنتاج كربيد زركونيوم عالي الكثافة. [ 8 ]

يمكن أيضًا تصنيع كربيد الزركونيوم عن طريق المعالجة القائمة على المحلول. [ 9 ] ويتم ذلك عن طريق تسخين أكسيد معدني مع أسيتيل أسيتون تحت الارتداد.

هناك طريقة أخرى للتصنيع وهي الترسيب الكيميائي للبخار. [ 10 ] ويتم ذلك عن طريق تسخين إسفنجة الزركونيوم وتمرير غاز الهاليد من خلالها.

تُحدّ مقاومة الأكسدة الضعيفة عند درجات حرارة أعلى من 800  درجة مئوية من استخدامات كربيد الزركونيوم (ZrC). ومن طرق تحسين هذه المقاومة تصنيع المواد المركبة . ومن أهم هذه المواد المركبة المقترحة: ZrC- ZrB₂ و ZrC- ZrB₂ - SiC . وتتحمل هذه المواد درجات حرارة تصل إلى 1800 درجة مئوية . كما يُمكن تحسين هذه المقاومة باستخدام مادة أخرى كطبقة عازلة، كما هو الحال في جزيئات وقود TRISO. 

مراجع

  1. ليد ، ديفيد ر.، محرر (2009). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء ( الطبعة التسعون ). بوكا راتون، فلوريدا : مطبعة سي آر سي . رقم ISBN  978-1-4200-9084-0.
  2. 1 2 3 بيري، ديل ل. (2011). دليل المركبات غير العضوية ( الطبعة الثانية). مطبعة سي آر سي. ص 472. ISBN   978-1-4398-1461-1.
  3. 1 2 3 4 كيمبتر، سي بي؛ فرايز، آر جيه (1960). "البيانات البلورية. 189. كربيد الزركونيوم". الكيمياء التحليلية . 32 (4): 570. doi : 10.1021/ac60160a042 .
  4. 1 2 3 كربيد الزركونيوم في لينستروم، بيتر جيه؛ مالارد، ويليام جي (محرران)؛ NIST Chemistry WebBook ، قاعدة بيانات NIST المرجعية القياسية رقم 69 ، المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، غايثرسبيرغ (ماريلاند) (تم الاسترجاع في 2014-06-30)
  5. 1 2 بيكر، إف بي؛ ستورمز، إي كيه؛ هولي، سي إي (1969). "إنثالبي تكوين كربيد الزركونيوم". مجلة البيانات الكيميائية والهندسية . 14 (2): 244. doi : 10.1021/je60041a034 .
  6. 1 2 3 شركة سيجما-ألدريتش ، كربيد الزركونيوم (IV) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-06-2014.
  7. ↑ قياس ونظرية صلابة كربيدات المعادن الانتقالية، وخاصة كربيد التنتالوم. شواب، جي إم؛ كريبس، أ. معهد الفيزياء والكيمياء، جامعة ميونخ، ميونخ، التقرير الاتحادي الألماني لتقارير أحواض المساحيق (1971)، 19(2)، 91-110
  8. ↑ وي، شيالو؛ باك، كريستينا؛ إيزفانوف، أوليغ؛ هاينز، كريستوفر؛ أوليفسكي، يوجين (2016). "كربيد الزركونيوم المُنتَج بتقنية التلبيد بالبلازما الشرارية والضغط الساخن: حركية التكثيف، ونمو الحبيبات، والخواص الحرارية" . المواد . 9 ( 7): 577. Bibcode : 2016Mate....9..577W . doi : 10.3390/ma9070577 . PMC 5456903. PMID 28773697 .  
  9. ↑ ساكس، مايكل د.؛ وانغ، تشانغ آن؛ يانغ، تشاوهوي؛ جاين، أنوبهاف (2004). "تخليق مساحيق كربيد الزركونيوم وكربيد الهافنيوم النانوية البلورية بالاختزال الكربوني الحراري باستخدام مواد أولية مشتقة من المحلول". مجلة علوم المواد . 39 (19): 6057-6066 . Bibcode : 2004JMatS..39.6057S . doi : 10.1023/B:JMSC.0000041702.76858.a7 . S2CID 94979802 . 
  10. ↑ ييغوانغ وانغ؛ تشياومو ليو؛ جينلينغ ليو؛ ليتونغ تشانغ؛ لايفي تشنغ (يناير 2008). "آلية ترسيب طلاءات كربيد الزركونيوم بالترسيب الكيميائي للبخار" . مجلة الجمعية الأمريكية للخزف . 91 (4): 1249-1252 . doi : 10.1111/j.1551-2916.2007.02253.x . تاريخ الاسترجاع: 27 ديسمبر 2021 .