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一文了解常见碳化物的性能与应用
2018月07月11日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:93
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所谓碳化物是指,碳与电负性比它小的或者相近的元素(除氢外)所生成的二元化合物,碳化物都具有较高的熔点,大多数碳化物都是碳与金属在高温下反应得到的。


碳化物具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、良好的导电性能,在制作陶瓷、切削刀具、耐磨材料等领域有广泛应用,近年来碳化物在催化领域也表现出良好的性能。碳化物材料以其独特的强硬度与稳定性使它们在工业生产合金方面应用广泛,性能决定用途,下面我们一起了解下常见碳化物的性能吧!

 

1. 碳化钙(CaC2

碳化钙,电石的主要成分,是无机化合物,白色晶体,工业品为灰黑色块状物,断面为紫色或灰色。遇水立即发生激烈反应,生成乙炔,并放出热量。矿石为黄褐色或黑色的块状固体,纯品为白色晶体(CaC2量较高的是紫色)。密度2.22g/cm3,熔点2300℃(与CaC2含量有关),遇水立即发生激烈反应,生成乙炔,并放出热量,电石含量不同熔点也随之变化。


主要应用有:

1)电石与水反应生成的乙炔可以合成许多有机化合物,例如:合成橡胶、 人造树脂、丙酮、烯酮、炭黑等;同时乙炔一氧焰广泛用于金属的焊接和切割

2)加热粉状电石与氮气时,反应生成氰氨化钙,即石灰氮:


石灰氮是制备氨基氰的重要原料。加热石灰氮 与食盐反应生成的熔体用于采金及有色金属工业。

3)电石本身可用于钢铁工业的脱硫剂。

4)生产聚氯乙烯(PVC)。电石法生产聚氯乙烯是利用电石遇水生成乙炔,将乙炔与氯化氢合成制出氯乙烯单体,再通过聚合反应使氯乙烯生成聚氯乙烯的化学反应方法。

5)旧时矿工下矿,将电石放入铁罐之中利用生成的乙炔制作成电石灯。


石灰氮是制备氨基氰的重要原料。加热石灰氮与食盐反应生成的熔体用于采金及有色金属工业;


2. 碳化铬(Cr3C2

碳化铬是一种在高温环境下(1000~1100℃)具有良好的耐磨、耐腐蚀、抗氧化性的高熔点的无机材料,属于一种金属陶瓷。因其特殊的高温性能,被大量用作金属表面保护工艺的热喷涂材料硬质合金行业的添加剂。


碳化铬为灰色粉末,有金属光泽,密度为6.68g/cm3,熔点为1890℃,沸点为3800℃;在高温环境下(1000~1100℃)具有良好的耐磨、耐腐蚀、抗氧化性能。


主要用途为:

1)可作为硬质合金的添加剂(如碳化钨基硬质合金晶粒细化剂),从而应用于矿山、机械加工等方面。

2)可作为焊接材料添加剂,用它制成的焊条、堆焊在某些机械设备的工作面上(如磨煤机、球磨机、鄂板等),可将使用寿命提高几倍以上。

3)大量用作金属表面保护工艺的热喷涂材料。

 

3. 碳化钽(TaC)

碳化钽,一种过渡金属碳化物;黑色或暗棕色金属状粉末,立方晶系,质坚硬,不溶于水,微溶于硫酸和氢氟酸,溶于氢氟酸和硝酸的混合溶液;化学性质极为稳定;具有优异的物理和化学性能,如高硬度、高熔点、良好的导电性和抗热震性、较好的耐化学腐蚀性能、高的抗氧化性和一定的催化性能等;


主要应用:

1)在硬质合金中,作为一种添加剂而得到广泛应用,其主要作用是提高硬质合金的高温强度和抑制碳化钨颗粒的长大。
   
2)在切削工具中,作为一种坚硬的涂层来增加基体金属的抗化学腐蚀性和耐磨性。
   
3)在军事上,用作喷气发动机涡轮叶片和火箭喷嘴涂层,可显著提高其抗烧蚀性能,延长使用寿命。
  
4)由于其电导性很好。因此,它可以用于电极材料 ,而且还可以使用电火花线切割成复杂的形状。
  
5)作为第二相颗粒增强金属基复合材料已广泛应用于航空航天、冶金、建材、电力、水电、矿山等领域。

 

4. 碳化钒(VC

碳化钒,是一种冶金和化工行业所常用的材料,主要成分是CV,另外还有少量的MoNiFe等杂质存在。


因碳化钒具有一些特殊的性能,在冶金、电子学、催化剂等领域得到广泛的应用,如碳化钒可用于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋、普通工程以及铸铁中。研究表明:碳化钒添加于钢中能提高钢的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合力学性能,并使钢具有良好的可焊接性能,而且能起到消除夹杂物延伸等作用。


碳化钒可作为超细硬质合金晶粒抑制剂,添加微量VC能明显提高基体合金的硬度与断裂韧性,阻止硬质合金中WC晶粒的长大;添加碳化钒也可使硬质合金寿命提高20%。碳化钒在高温涂料,及用碳源合成金刚石等工业领域中也得到了广泛的应用。


5. 碳化锆(ZrC)

碳化锆是一种重要的高强度、耐腐蚀和化学稳定性好的高温结构材料,相对密度6.73。不溶于冷水、盐酸,可溶于氧化性酸、王水和氢氟酸,易溶于熔融苛性碱。虽至红热及遇水也不分解,红热时在氧中燃烧,细粉末易引起火花,也易和氯、溴、碘和氮作用,生成卤化物或氮化物。


碳化锆是一种硬度大的高熔点材料和极好的高温耐火材料,是火箭发动机中固体推进剂的一种原料。可用于生产合金钢,作为生产金属锆和四氯化锆的原料,是一种极有前途的精细陶瓷材料。可用作白热灯丝,现主要用作磨料,还可用作硬质合金的原料。

 

6. 碳化钨(WC)

碳化钨是一种具有六方结构的黑灰色的晶体,因其具有高硬度、高耐磨性、高熔点等特性,故作为硬质合金广泛应用于切削工具、电子工业的微型钻头、精密模具及医学器械等领域。


主要应用有:

1)用于抗磨部件、电阻元件、合金陶瓷和渗碳钢工具等的制造;

2)用来代替铂等贵金属作为催化剂应用在某些有机反应中,如烃的催化加氢/脱氢,烃的异构化、烃的合成,肼的分解,氧化反应及合成氨反应中的催化性能等;

3)作为电催化剂对氢气、水和甲醇氧化均表现出优异的催化氧化性能;

4)作为超细硬质合金的基础原料,其中,超细硬质合金在难加工金属材料工具、电子行业的微型钻头、精密模具、医用牙钻等领域呈现出广泛的应用前景;

5)用于包括切割工具、密封件和轴承之类的高抗磨损部件;

6)作为电极应用于电化学催化和燃料电池等领域;

7)碳化钨纳米线具有很好的场发射性能,同时也具有极高的分辨率和很好的抗氧化性能,用作扫描隧道电子显微镜(STM)探针和场发射电器器件。

 

7. 碳化硅(SiC)

  碳化硅(Sic)又名金刚砂是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石。碳化硅又称碳硅石,在当代CNB等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用最广泛、最经济的一种,可以称为金钢砂或耐火砂。 

 

碳化硅主要有四大应用领域,即功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供应,不能算高新技术产品,而技术含量极高的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。


8. 碳化硼(

碳化硼是一种具有重要物理化学性质的非金属材料,继氮化硼()之后,为最坚硬的硼化合物。它的高熔点、低密度、化学惰性、优良的热学和电学性质使得其成为应用高科技的新材料。碳化硼也可作为添加在氧化铝陶瓷中,提高材料的断裂韧性和提高其相对强度。


碳化硼是一种高温P型半导体材料,它具有强硬度、低密度、高化学惰性等优秀的性质。在1000℃高温下,可与FeNiTiZr等金属反应.另外,由于原子具有很强的吸收中子的能力,所以碳化硼在原子物理和医学上具有很好的应用。此外碳化硼也因这些性质使得它在微电子学、核子物理、军事以及空间技术上具有广泛的应用。

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