所謂碳化物是指,碳與電負性比它小的或者相近的元素(除氫外)所生成的二元化合物,碳化物都具有較高的熔點,大多數(shù)碳化物都是碳與金屬在高溫下反應得到的。 碳化物具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕、良好的導電性能,在制作陶瓷、切削刀具、耐磨材料等領域有廣泛應用,近年來碳化物在催化領域也表現(xiàn)出良好的性能。碳化物材料以其獨特的強硬度與穩(wěn)定性使它們在工業(yè)生產(chǎn)合金方面應用廣泛,性能決定用途,下面我們一起了解下常見碳化物的性能吧!
1. 碳化鈣(CaC2) 碳化鈣,電石的主要成分,是無機化合物,白色晶體,工業(yè)品為灰黑色塊狀物,斷面為紫色或灰色。遇水立即發(fā)生激烈反應,生成乙炔,并放出熱量。礦石為黃褐色或黑色的塊狀固體,純品為白色晶體(含CaC2量較高的是紫色)。密度2.22g/cm3,熔點2300℃(與CaC2含量有關),遇水立即發(fā)生激烈反應,生成乙炔,并放出熱量,電石含量不同熔點也隨之變化。 主要應用有: (1)電石與水反應生成的乙炔可以合成許多有機化合物,例如:合成橡膠、 人造樹脂、丙酮、烯酮、炭黑等;同時乙炔一氧焰廣泛用于金屬的焊接和切割。 (2)加熱粉狀電石與氮氣時,反應生成氰氨化鈣,即石灰氮:
石灰氮是制備氨基氰的重要原料。加熱石灰氮 與食鹽反應生成的熔體用于采金及有色金屬工業(yè)。 (3)電石本身可用于鋼鐵工業(yè)的脫硫劑。 (4)生產(chǎn)聚氯乙烯(PVC)。電石法生產(chǎn)聚氯乙烯是利用電石遇水生成乙炔,將乙炔與氯化氫合成制出氯乙烯單體,再通過聚合反應使氯乙烯生成聚氯乙烯的化學反應方法。 (5)舊時礦工下礦,將電石放入鐵罐之中利用生成的乙炔制作成電石燈。 石灰氮是制備氨基氰的重要原料。加熱石灰氮與食鹽反應生成的熔體用于采金及有色金屬工業(yè);
2. 碳化鉻(Cr3C2) 碳化鉻是一種在高溫環(huán)境下(1000~1100℃)具有良好的耐磨、耐腐蝕、抗氧化性的高熔點的無機材料,屬于一種金屬陶瓷。因其特殊的高溫性能,被大量用作金屬表面保護工藝的熱噴涂材料和硬質(zhì)合金行業(yè)的添加劑。 碳化鉻為灰色粉末,有金屬光澤,密度為6.68g/cm3,熔點為1890℃,沸點為3800℃;在高溫環(huán)境下(1000~1100℃)具有良好的耐磨、耐腐蝕、抗氧化性能。 主要用途為: (1)可作為硬質(zhì)合金的添加劑(如碳化鎢基硬質(zhì)合金晶粒細化劑),從而應用于礦山、機械加工等方面。 (2)可作為焊接材料添加劑,用它制成的焊條、堆焊在某些機械設備的工作面上(如磨煤機、球磨機、鄂板等),可將使用壽命提高幾倍以上。 (3)大量用作金屬表面保護工藝的熱噴涂材料。
3. 碳化鉭(TaC) 碳化鉭,一種過渡金屬碳化物;黑色或暗棕色金屬狀粉末,立方晶系,質(zhì)堅硬,不溶于水,微溶于硫酸和氫氟酸,溶于氫氟酸和硝酸的混合溶液;化學性質(zhì)極為穩(wěn)定;具有優(yōu)異的物理和化學性能,如高硬度、高熔點、良好的導電性和抗熱震性、較好的耐化學腐蝕性能、高的抗氧化性和一定的催化性能等; 主要應用: (1)在硬質(zhì)合金中,作為一種添加劑而得到廣泛應用,其主要作用是提高硬質(zhì)合金的高溫強度和抑制碳化鎢顆粒的長大。 (2)在切削工具中,作為一種堅硬的涂層來增加基體金屬的抗化學腐蝕性和耐磨性。 (3)在軍事上,用作噴氣發(fā)動機渦輪葉片和火箭噴嘴涂層,可顯著提高其抗燒蝕性能,延長使用壽命。 (4)由于其電導性很好。因此,它可以用于電極材料 ,而且還可以使用電火花線切割成復雜的形狀。 (5)作為第二相顆粒增強金屬基復合材料已廣泛應用于航空航天、冶金、建材、電力、水電、礦山等領域。
4. 碳化釩(VC) 碳化釩,是一種冶金和化工行業(yè)所常用的材料,主要成分是C和V,另外還有少量的Mo、Ni、Fe等雜質(zhì)存在。 因碳化釩具有一些特殊的性能,在冶金、電子學、催化劑等領域得到廣泛的應用,如碳化釩可用于結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、管道鋼、鋼筋、普通工程以及鑄鐵中。研究表明:碳化釩添加于鋼中能提高鋼的耐磨性、耐腐性、韌性、強度、延展性和硬度以及抗熱疲勞性等綜合力學性能,并使鋼具有良好的可焊接性能,而且能起到消除夾雜物延伸等作用。 碳化釩可作為超細硬質(zhì)合金晶粒抑制劑,添加微量VC能明顯提高基體合金的硬度與斷裂韌性,阻止硬質(zhì)合金中WC晶粒的長大;添加碳化釩也可使硬質(zhì)合金壽命提高20%。碳化釩在高溫涂料,及用碳源合成金剛石等工業(yè)領域中也得到了廣泛的應用。
5. 碳化鋯(ZrC) 碳化鋯是一種重要的高強度、耐腐蝕和化學穩(wěn)定性好的高溫結(jié)構(gòu)材料,相對密度6.73。不溶于冷水、鹽酸,可溶于氧化性酸、王水和氫氟酸,易溶于熔融苛性堿。雖至紅熱及遇水也不分解,紅熱時在氧中燃燒,細粉末易引起火花,也易和氯、溴、碘和氮作用,生成鹵化物或氮化物。 碳化鋯是一種硬度大的高熔點材料和極好的高溫耐火材料,是火箭發(fā)動機中固體推進劑的一種原料??捎糜谏a(chǎn)合金鋼,作為生產(chǎn)金屬鋯和四氯化鋯的原料,是一種極有前途的精細陶瓷材料??捎米靼谉釤艚z,現(xiàn)主要用作磨料,還可用作硬質(zhì)合金的原料。
6. 碳化鎢(WC) 碳化鎢是一種具有六方結(jié)構(gòu)的黑灰色的晶體,因其具有高硬度、高耐磨性、高熔點等特性,故作為硬質(zhì)合金廣泛應用于切削工具、電子工業(yè)的微型鉆頭、精密模具及醫(yī)學器械等領域。 主要應用有: (1)用于抗磨部件、電阻元件、合金陶瓷和滲碳鋼工具等的制造; (2)用來代替鉑等貴金屬作為催化劑應用在某些有機反應中,如烴的催化加氫/脫氫,烴的異構(gòu)化、烴的合成,肼的分解,氧化反應及合成氨反應中的催化性能等; (3)作為電催化劑對氫氣、水和甲醇氧化均表現(xiàn)出優(yōu)異的催化氧化性能; (4)作為超細硬質(zhì)合金的基礎原料,其中,超細硬質(zhì)合金在難加工金屬材料工具、電子行業(yè)的微型鉆頭、精密模具、醫(yī)用牙鉆等領域呈現(xiàn)出廣泛的應用前景; (5)用于包括切割工具、密封件和軸承之類的高抗磨損部件; (6)作為電極應用于電化學催化和燃料電池等領域; (7)碳化鎢納米線具有很好的場發(fā)射性能,同時也具有極高的分辨率和很好的抗氧化性能,用作掃描隧道電子顯微鏡(STM)探針和場發(fā)射電器器件。
7. 碳化硅(SiC) 碳化硅(Sic)又名金剛砂是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物,莫桑石。碳化硅又稱碳硅石,在當代C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中,碳化硅為應用*廣泛、*經(jīng)濟的一種,可以稱為金鋼砂或耐火砂。
碳化硅主要有四大應用領域,即功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供應,不能算高新技術(shù)產(chǎn)品,而技術(shù)含量極高的納米級碳化硅粉體的應用短時間不可能形成規(guī)模經(jīng)濟。
8. 碳化硼(B?C) 碳化硼是一種具有重要物理化學性質(zhì)的非金屬材料,繼氮化硼(B?C)之后,為*堅硬的硼化合物。它的高熔點、低密度、化學惰性、優(yōu)良的熱學和電學性質(zhì)使得其成為應用高科技的新材料。碳化硼也可作為添加在氧化鋁陶瓷中,提高材料的斷裂韌性和提高其相對強度。 碳化硼是一種高溫P型半導體材料,它具有強硬度、低密度、高化學惰性等*秀的性質(zhì)。在1000℃高溫下,可與Fe、Ni、Ti、Zr等金屬反應.另外,由于原子具有很強的吸收中子的能力,所以碳化硼在原子物理和醫(yī)學上具有很好的應用。此外碳化硼也因這些性質(zhì)使得它在微電子學、核子物理、軍事以及空間技術(shù)上具有廣泛的應用。