Karbid zirkonia(ZrC) je super{0}}vysokoteplotní{1}}keramický materiál s typickou kubickou krystalickou strukturou se středem NaCl-obličeje-, která představuje šedý-černý kovový lesk. Jeho nejpozoruhodnější vlastností je extrémně vysoký bod tání (přibližně 3540 stupňů), vysoká tvrdost (přibližně 25 GPa) a vynikající chemická stabilita, což mu umožňuje zachovat strukturální integritu v extrémních prostředích. Tento materiál má také dobrou tepelnou a elektrickou vodivost a nízké aktivační vlastnosti. Tyto vynikající vlastnosti z něj dělají ideální kandidátský materiál pro systémy tepelné ochrany v letectví,{10}}špičkové součásti nadzvukových letadel a povlaky paliva jaderných reaktorů. V současnosti se příprava karbidu zirkonia opírá především o procesy, jako je vysokoteplotní slinování nebo chemické nanášení par. Jeho aplikace a vývoj jsou úzce spjaty s naléhavou poptávkou po materiálech pro extrémní prostředí v budoucích špičkových{14}průmyslech a obranných technologiích.
|
Chemický vzorec |
C40H68Zr |
|
Přesná hmotnost |
638 |
|
Molekulová hmotnost |
640 |
|
m/z |
638 (100.0%), 639 (43.3%), 642 (33.8%), 640 (33.3%), 639 (21.8%), 643 (14.6%), 641 (14.4%), 640 (9.4%), 640 (9.1%), 644 (5.4%), 644 (3.1%), 642 (3.0%), 645 (2.4%), 641 (2.0%) |
|
Elementární analýza |
C, 75,04; H, 10,71; Zr, 14,25 |
|
|
|
Molekulární vzoreckarbid zirkoniaje ZrC s molekulovou hmotností 103,23. Jeho hustota je 6,73 g/cm³, bod tání je až 3532 stupňů, bod varu je 5100 stupňů a tvrdost podle Mohse je 8-9. Z hlediska chemických vlastností je ZrC nerozpustný v kyselině chlorovodíkové, ale rozpustný v kyselině dusičné a fluorovodíkové, jakož i v kyselině fluorovodíkové a horké kyselině sírové obsahující peroxid vodíku. Tyto vlastnosti dělají z ZrC ideální vysokoteplotní-konstrukční materiál a materiál odolný proti korozi. Je to důležitý keramický materiál s vynikajícími vlastnostmi, jako je vysoká pevnost, vysoká tvrdost, odolnost proti vysokým teplotám a odolnost proti korozi. Díky těmto vlastnostem má ZrC široké uplatnění v mnoha oblastech.
Má vynikající odolnost proti korozi, opotřebení, odolnost proti vysokým teplotám, vynikající odolnost proti únavě a dobrou vodivost, a proto je široce používán v oblasti vysokoteplotních konstrukčních materiálů.
Letectví:
Výstelka spalovací komory: Vydrží dlouhodobé-používání v prostředí s vysokou teplotou a vysokým tlakem, a proto se používá jako výstelkový materiál pro spalovací komory leteckých motorů. Jeho vynikající odolnost vůči vysokým teplotám může účinně chránit konstrukci spalovací komory, zlepšit životnost a bezpečnost motoru.
Tryskový pohon: Používá se také jako klíčová součást proudového pohonu, jako jsou trubky pro míchání paliva, nádrže na pohonnou látku atd. Jeho vysoká pevnost a odolnost proti korozi zajišťuje stabilní provoz trysky v extrémních prostředích.
Lopatky turbíny: Povlak ZrC může zlepšit odolnost lopatek turbíny v leteckých motorech vůči vysokým teplotám a korozi, a tím prodloužit životnost lopatek.
loď:
Vrtulník: klíčový komponent používaný jako pohonný systém pro lodě, jako jsou pohonné pláště, podvodní vrtule atd. Jeho vynikající odolnost proti korozi a opotřebení může zajistit stabilní provoz vrtule ve složitých prostředích, jako je mořská voda.
Vnitřní součásti motoru: Povrchová úprava ZrC může zlepšit odolnost vnitřních součástí lodních motorů vůči vysokým teplotám a korozi, a tím prodloužit životnost motoru.
Elektřina:
Výměník tepla: Používá se jako materiál výměníku tepla v energetice. Jeho vynikající odolnost vůči vysokým teplotám a odolnost proti korozi může zajistit stabilní provoz výměníku tepla ve vysokoteplotním a korozivním prostředí a zlepšit účinnost výměny tepla.
Ropný, chemický, hutnický, zpracování uhlí:
Vysokoteplotní reaktor: Používá se jako klíčová součást vysokoteplotních-reaktorů v oblastech, jako je zpracování ropy, chemie, metalurgie a uhlí. Jeho vynikající odolnost vůči vysokým teplotám a odolnost proti korozi může zajistit stabilní provoz reaktoru ve vysokoteplotním a korozivním prostředí a zlepšit účinnost reakce.
Nosič katalyzátoru: Může být také použit jako nosič katalyzátoru a jeho vysoký specifický povrch a vynikající chemická stabilita mohou zajistit účinný a stabilní provoz katalyzátoru.
Má vysokou tvrdost a vynikající odolnost proti opotřebení, a proto se používá jako řezný nástroj, materiál odolný proti opotřebení atd.
Řezné nástroje:
Nátěrové materiály používané jako řezné nástroje, jako jsou řezné nástroje, vrtáky atd. Jeho vysoká tvrdost a vynikající odolnost proti opotřebení může výrazně zlepšit řezný výkon a životnost nástroje.
Součásti odolné proti opotřebení:
Na některých mechanických součástech, které vyžadují vysokou odolnost proti opotřebení, jako jsou ložiska, těsnicí kroužky atd., může povlak ZrC zlepšit odolnost součástí proti opotřebení, a tím prodloužit jejich životnost.
Materiál broušení:
Může být také použit jako brusný materiál pro zpracování různých tvrdých kovů, skla nebo korundu. Jeho vysoká tvrdost a vynikající odolnost proti opotřebení zajišťují efektivní a stabilní provoz během procesu broušení.
Materiál odolný proti korozi
Má vynikající odolnost proti korozi, a proto se používá jako součást-odolná vůči korozi v chemických zařízeních.
Výměník tepla:
Při chemické výrobě se výměníky tepla často dostávají do kontaktu s různými korozivními médii. Používá se jako klíčová součást výměníků tepla a jeho vynikající odolnost proti korozi zajišťuje stabilní provoz výměníku tepla v korozivním prostředí.
katalyzátor:
Může být také použit jako nosič nebo aktivní složka pro katalyzátory. Jeho vynikající chemická stabilita a odolnost proti korozi zajišťují účinný a stabilní provoz katalyzátoru za složitých reakčních podmínek.
Má dobrou vodivost a vysokou teplotní stabilitu, a proto se používá jako materiál pro výrobu-vysokovýkonných elektronických zařízení a vysokofrekvenčních{1}}obvodů.
Vysoce výkonná elektronická zařízení:
V některých-elektronických zařízeních s vysokým výkonem, jako jsou výkonové diody, tyristory atd., se používají jako elektrodové materiály. Jeho vynikající vodivost a vysoká-teplotní stabilita může zajistit stabilní provoz zařízení v prostředí s vysokou-teplotou.
Vysokofrekvenční obvod:
Ve vysokofrekvenčních obvodech, materiály používané jako přenosová vedení, rezonátory a další součásti. Jeho vynikající vodivost a vysoká-teplotní stabilita může zajistit efektivní a stabilní provoz obvodu ve vysokofrekvenčním prostředí.
Biomedicínské materiály
Má dobrou biokompatibilitu a biologickou stabilitu, a proto se používá jako náhrada ortopedických a dentálních materiálů.
Umělý kloub:
Materiály používané jako umělé klouby, jako jsou umělé kolenní klouby, umělé kyčelní klouby atd. Jeho vynikající biokompatibilita a biologická stabilita může zajistit dlouhodobý-stabilní provoz umělých kloubů v lidském těle.
Umělé zuby:
Používá se také jako materiál pro umělé zuby, jako jsou zubní korunky, můstky atd. Jeho vynikající odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi může zajistit dlouhodobý-stabilní provoz umělých zubů v dutině ústní.
Ortopedické implantáty:
V některých ortopedických implantátech, jako jsou kostní hřeby, kostní dlahy atd., se používají jako povlakové materiály. Jeho vynikající biokompatibilita a biologická stabilita může zajistit dlouhodobý-stabilní provoz implantátů v lidském těle.
Biosenzory:
Může být také použit jako nosný materiál pro biosenzory. Jeho vynikající chemická stabilita a biokompatibilita zajišťuje efektivní a stabilní provoz senzoru ve složitém biologickém prostředí.
Systém podávání léků:
V některých systémech pro podávání léků se používá jako nosný materiál. Jeho vynikající biokompatibilita a biologická stabilita může zajistit bezpečné a efektivní dodávání léků do lidského těla.
Karbid zirkonia, jako důležitý keramický materiál má vynikající vlastnosti, jako je vysoká pevnost, vysoká tvrdost, odolnost proti vysokým teplotám a odolnost proti korozi. Má široké vyhlídky na použití v oblasti vysokoteplotních konstrukčních materiálů, materiálů odolných proti opotřebení-, materiálů odolných proti korozi-, elektronických materiálů, biomedicínských materiálů a dalších oblastí.
ZrC je důležitý keramický materiál s vynikajícími vlastnostmi, jako je vysoká pevnost, vysoká tvrdost, odolnost proti vysokým teplotám a odolnost proti korozi. Díky těmto vlastnostem má ZrC široké uplatnění v mnoha oblastech. Mezi způsoby přípravy ZrC patří především metoda tepelné redukce, metoda chemické depozice z par a metoda sol gelu. Tento článek poskytne podrobný úvod do principů, kroků, výhod a nevýhod a také příklady použití těchto tří způsobů přípravy.
Metoda 1: Metoda tepelné redukce
Metoda tepelné redukce je jednou z nejčastěji používaných metod přípravy ZrC. Generuje ZrC reakcí oxidu zirkoničitého se zdrojem uhlíku při vysoké teplotě. Tato metoda je jednoduchá, nákladově-efektivní a může produkovat vysoce-čistotu ZrC.
1. Princip
Princip metody tepelné redukce je založen na redukční reakci mezi oxidem zirkoničitým (jako je oxid zirkoničitý, ZrO ₂) a zdrojem uhlíku (jako jsou saze) při vysoké teplotě za vzniku ZrC a plynného oxidu uhelnatého (CO). Reakční rovnice je následující:
ZrO2+3C→ZrC+2CO
2. Kroky
Konkrétní kroky metody tepelné redukce jsou následující:
(1) Míchání surovin:
Smíchejte oxid zirkoničitý (jako je oxid zirkoničitý) se zdrojem uhlíku (jako jsou saze) v určitém poměru. Směšovací poměr by měl být optimalizován podle požadované čistoty ZrC a reakčních podmínek.
(2) Načítání:
Namíchané suroviny naložte do grafitového kelímku karbonizační pece. Grafitové kelímky mají vynikající odolnost vůči vysokým teplotám a chemickou stabilitu, což zajišťuje, že reakce probíhají při vysokých teplotách.
(3) Zahřívací reakce:
Zahřejte karbonizační pec na vysokou teplotu (například 2400 stupňů) ve vodíkové atmosféře. Vodíková atmosféra může zabraňovat oxidaci oxidů zirkonia a zdrojů uhlíku při vysokých teplotách a zároveň podporovat postup redukčních reakcí. Během procesu zahřívání prochází oxid zirkoničitý redukční reakcí se zdrojem uhlíku, přičemž vzniká ZrC a plynný oxid uhelnatý.
(4) Chlazení a sběr materiálu:
Po dokončení reakce vypněte zdroj ohřevu a nechte karbonizační pec přirozeně vychladnout na pokojovou teplotu. Během chladícího procesu je generovaný plynný oxid uhelnatý postupně vypouštěn, což nakonec vede k produktům ZrC.
3. Výhody a nevýhody
Výhoda:
Jednoduchá metoda: Procesní tok metody tepelné redukce je relativně jednoduchý, snadno se ovládá a dosahuje průmyslové výroby.
Nízké náklady: Ve srovnání s chemickou depozicí par a metodou sol gel má metoda tepelné redukce nižší náklady na suroviny a nevyžaduje složité vybavení.
Vysoká čistota: Optimalizací reakčních podmínek a poměrů surovin lze připravit vysoce{0}}čistotu ZrC.
Nevýhody:
Vysoká spotřeba energie: Metoda tepelné redukce vyžaduje, aby reakce probíhaly při vysokých teplotách, což má za následek vysokou spotřebu energie.
Vysoké požadavky na vybavení: Karbonizační pec musí být schopna odolat vysokým teplotám a musí být vybavena systémem vodíkové atmosféry, což vyžaduje vysoké požadavky na vybavení.
4. Příklady aplikací
Karbid zirkoniapřipravený metodou tepelné redukce je široce používán v letectví, stavbě lodí, energetice, ropě, chemickém, metalurgickém, uhelném zpracování a dalších oborech. Například:
Letectví: Používá se jako obložení spalovací komory, proudový pohon, lopatky turbín a další součásti leteckých motorů. ZrC vydrží dlouhodobé-používání v prostředí s vysokou teplotou a vysokým tlakem, čímž zlepšuje životnost a bezpečnost motorů.
Loď: Klíčové součásti používané jako lodní trysky, jako jsou lodní trysky, podvodní trysky atd. Vynikající odolnost proti korozi a opotřebení ZrC může zajistit stabilní provoz trysek ve složitých prostředích, jako je mořská voda.
Elektřina: Používá se jako výměníky tepla, výměníky tepla, teplosměnné trubky a další součásti v energetice. Vynikající odolnost proti vysokým teplotám a odolnost proti korozi ZrC může zajistit stabilní provoz těchto komponent ve vysokoteplotním a korozivním prostředí.
Metoda 2: Metoda chemické depozice z par
Chemická depozice z plynné fáze (CVD) je metoda provádění reakcí v podmínkách plynné-fáze. Využívá prekurzory plynné-fázové fáze k rozkladu na ZrC při vysokých teplotách a jeho ukládání na povrch substrátu. Tato metoda může řídit morfologii a strukturu materiálů a připravit filmy ZrC se specifickou morfologií a velikostí.
1. Princip
Princip chemické depozice z plynné fáze je založen na rozkladné reakci prekurzorů plynné-fáze (jako je chlorid zirkoničitý a uhlovodíkové plyny) při vysokých teplotách, za vzniku ZrC a odpovídajících-produktových plynů. Reakční rovnice je následující (jako příklad vezmeme chlorid zirkoničitý a methan):
ZrCl4+CH4→ZrC+4HCl
2. Kroky
Konkrétní kroky metody chemické depozice par jsou následující:
(1) Příprava prekurzorů plynné-fáze:
Smíchejte prekurzory plynné-fáze (jako je chlorid zirkoničitý a uhlovodíkové plyny) rovnoměrně v určitém poměru. Míchací poměr by měl být optimalizován podle požadovaného složení ZrC filmu a reakčních podmínek.
(2) Úprava substrátu:
Očistěte a povrchově ošetřete materiál substrátu (jako jsou silikonové pláty, keramické pláty atd.), abyste zajistili, že film ZrC může být rovnoměrně nanesen na povrch substrátu.
(3) Depoziční reakce:
Smíšený prekurzor plynné-fáze se vede na wolframový drát zahřátý na vysokou teplotu (např. 1700-2400 stupňů). Při vysokých teplotách podléhají prekurzory plynné fáze rozkladu, při kterém vzniká ZrC a plyny jako vedlejší produkty. ZrC se ukládá na povrchu substrátu a vytváří tenký film.
(4) Sběr chladicího materiálu:
Po dokončení reakce vypněte zdroj ohřevu a nechte systém přirozeně vychladnout na pokojovou teplotu. Během procesu ochlazování se postupně uvolňují vedlejší -produkované plyny, což nakonec vede k vytvoření filmu ZrC.
3. Výhody a nevýhody
Výhoda:
Kontrolovatelná morfologie: Chemická depozice z par může řídit morfologii a strukturu materiálů a připravit filmy ZrC se specifickou morfologií a velikostí.
Silné pokrytí: Technologie CVD dokáže pokrýt povrch nanášeného materiálu, vytvářet silné povlaky a složité směrové struktury, vhodné pro výrobu povlaků v extrémních prostorách.
Vynikající výkon: CVD povlaky nanesené na povrchu naneseného materiálu mají dobré mechanické a elektrické vlastnosti, jako je odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi.
Nízké náklady: ve srovnání s metodou sol gel jsou náklady na vybavení metody chemického napařování nižší a je možné realizovat-výrobu ve velkém měřítku.
Nevýhody:
Drahé vybavení: Chemická depozice par vyžaduje vybavení, jako jsou vysokoteplotní reakční pece a systémy přepravy prekurzorů plynné fáze-, které jsou drahé.
Vysoké technické požadavky: Chemická depozice par vyžaduje přesné řízení reakčních podmínek (jako je teplota, tlak, průtok plynu atd.) a má vysoké technické požadavky.
Znečištění: Výfukové plyny generované metodou chemické depozice par obsahují -produktové plyny (jako je HCl), které mají určitý stupeň znečištění.
Omezení: Chemickou depozici z par lze použít pouze pro materiály, které lze odpařit, a pro určité materiály, jako jsou kovy a organické sloučeniny, které nelze odpařit při pokojové teplotě, nelze pro depozici použít CVD.
4. Příklady aplikací
Tenké vrstvy oxidu zirkoničitého připravené chemickým napařováním jsou široce používány v oborech, jako je elektronika, optoelektronika a katalýza. Například:
Elektronika: Materiály používané k výrobě-výkonových elektronických zařízení a vysokofrekvenčních obvodů-. Tenké vrstvy ZrC mají dobrou vodivost a vysokou-stabilitu teplot, což může zlepšit výkon a spolehlivost elektronických zařízení.
Optoelektronika: Materiály používané pro přípravu optických tenkých vrstev, nanostruktur a optických zařízení. Tenké vrstvy ZrC mají vynikající optické vlastnosti, které mohou zlepšit účinnost a výkon optických zařízení.
Katalýza: Používá se jako katalyzátor nebo nosič katalyzátoru pro organickou syntézu, přeměnu energie a ochranu životního prostředí. Tenké filmy ZrC mají velký specifický povrch a vysokou aktivitu, což může zlepšit katalytickou účinnost katalyzátorů.
Metoda 3: Sol gelová metoda
Sol gel metoda je metoda přípravy materiálů přes prekurzorové materiály ve stavu sol a gelu. Při přípravěkarbid zirkoniaroztok obsahující zirkoniové ionty se obvykle smíchá s vhodným zdrojem uhlíku za vzniku gelu a poté se gel převede na ZrC tepelným zpracováním. Touto metodou lze připravit nano-částice ZrC s velkým specifickým povrchem a vysokou aktivitou.
1. Princip
Princip metody sol gelu je založen na hydrolýze a polykondenzační reakci mezi roztokem obsahujícím ionty zirkonia (jako je alkoxid zirkonia) a zdrojem uhlíku (jako je glukóza) v kapalné fázi za vzniku gelu. Po vysušení a tepelném zpracování gel podstoupí karbotermální redukční reakci za vzniku ZrC. Reakční rovnice je následující:
Zr(OR)4+C6H12O6→ZrC+CO2+H2O
2. Kroky
Konkrétní kroky metody sol gel jsou následující:
(1) Příprava roztoku:
Smíchejte roztok obsahující zirkoniové ionty (jako je alkoxid zirkonia) se zdrojem uhlíku (jako je glukóza) v určitém poměru a rovnoměrně promíchejte. Míchací poměr by měl být optimalizován podle požadovaného složení ZrC a reakčních podmínek.
(2) Tvorba gelu:
Smíšený roztok se nechá stát při teplotě místnosti po určitou dobu, aby prošel hydrolýzou a polykondenzační reakcí za vzniku gelu. Během tvorby gelu roztok postupně ztrácí svou tekutost a tvoří pevnou látku s určitou pevností.
(3) Úprava sušením:
Gel se suší v sušicí peci, aby se z gelu odstranila vlhkost a organická rozpouštědla. Během procesu sušení se objem gelu postupně zmenšuje a vytváří porézní suchý gel.
(4) Tepelné zpracování:
Suchý gel tepelně zpracujte v inertní atmosféře (jako je argon) a zahřejte ho na vysokou teplotu (jako je 1500 stupňů). Během tepelného zpracování prochází suchý gel karbotermální redukční reakcí za vzniku ZrC.
Současně porézní struktura v suchém gelu postupně mizela a tvořily husté částice ZrC.
3. Výhody a nevýhody
Výhoda:
Nano úroveň: Metodou sol gel lze připravit částice ZrC nano úrovni s velkým specifickým povrchem a vysokou aktivitou.
Jednoduchý proces: procesní tok metody sol gelu je relativně jednoduchý, snadno se ovládá a realizuje průmyslovou výrobu.
Nízké náklady na zařízení: ve srovnání s chemickou depozicí par jsou náklady na zařízení u metody sol gel nižší.
Úspora energie: reakční teplota metody sol gelu je relativně nízká, což může ušetřit energii.
Nevýhody:
Vysoké náklady na suroviny: metoda sol gel vyžaduje použití vysoce čistého alkoxidu zirkoničitého, glukózy a dalších surovin o vysoké čistotě a náklady na suroviny jsou vysoké.
Zbytkové malé otvory: V částicích ZrC připravených sol-gelovou metodou mohou být zbytky malých otvorů, které ovlivňují kompaktnost a výkon materiálů.
Regulace teploty během tepelného zpracování: Během procesu tepelného zpracování je vyžadována přesná regulace teploty, aby se zabránilo zbytkovému uhlíku a ovlivnila čistota ZrC.
Dlouhá reakční doba: reakční doba metody sol gel je dlouhá, což ovlivňuje efektivitu výroby.
Škodlivost organických rozpouštědel: organická rozpouštědla používaná při metodě sol gelu jsou škodlivá pro lidské tělo.
4. Příklady aplikací
Nanočástice ZrC připravené sol-gelovou metodou jsou široce používány v biomedicíně, katalytickém, elektronickém a dalších oborech. Například:
Biomedicínské: Používá se jako umělé klouby a dentální materiály. Nanočástice ZrC mají vynikající biokompatibilitu a biostabilitu a mohou být kompatibilní s lidskými tkáněmi, aniž by způsobovaly reakce odmítnutí.
Katalýza: Používá se jako nosič katalyzátoru. Nanočástice ZrC mají velký specifický povrch a vysokou aktivitu, což může zlepšit katalytickou účinnost katalyzátorů.
Elektronika: Materiály používané k výrobě-výkonných elektronických zařízení.Karbid zirkoniananočástice mají vynikající vodivost a vysokou-stabilitu teplot, což může zlepšit výkon a spolehlivost elektronických zařízení.
Populární Tagy: karbid zirkonia cas 12070-14-3, dodavatelé, výrobci, továrna, velkoobchod, koupit, cena, hromadné, na prodej