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,大多数碳化物都是碳与金属在高温下反应得到的,一般都具有较高的熔点、硬度和稳定性且耐磨、耐腐蚀,因此在工业生产合金方面应用广泛。
目前比较知名的碳化物主要有碳化硅、碳化硼、碳化锆、碳化钨、碳化铬等。组成元素不同性能自然也有差别,因此在应用时的表现也大相径庭,具体如下:
碳化硅
碳化硅(SiC),又名金刚砂是用石英砂、石油焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成,在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅是应用最广泛、最经济的一种。
由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、密度小、耐磨性能好、硬度大、机械强度高、耐化学腐蚀等特点,碳化硅在材料领域迅速发展起来。现普遍用于陶瓷球轴承、阀门、半导体材料、测量仪、航空航天等领域,除此之外还可以应用于磨料、第三代半导体碳化硅晶圆制造。
碳化硅晶圆
碳化硼
碳化硼(B4C)材料的硬度在自然界中仅次于金刚石和立方氮化硼,尤其是近于恒定的高温硬度是其他材料无可比拟的,故成为超硬材料家族中的重要成员。碳化硼具有高熔点、高硬度、高模量、密度小、耐磨性好、耐酸碱性强等特点,故在耐火材料、工程陶瓷、航天航空等领域受到重视,比如说防弹陶瓷就是它很有前景的一个发展方向。而且由于碳化硼还具有良好的中子、氧气吸收能力、较低的膨胀系数、热电性能,因此也能应用于核工业。
防弹陶瓷
碳化钨
碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物,分子式为WC,分子量为195.85。为黑色六方晶体,有金属光泽,硬度与金刚石相近,为电、热的良好导体。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸,易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。纯的碳化钨易碎,若掺入少量钛、钴等金属,就能减少脆性。用作钢材切割工具的碳化钨,常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物,以提高抗爆能力,另外碳化钨粉应用于硬质合金生产材料。
碳化钨硬质合金的应用
碳化锆
碳化锆(ZrC)陶瓷材料具有高熔点、高硬度、低密度、耐磨损、优异的力学性能、以及高导电(热)率和优异的抗氧化烧蚀性能,作为超高温陶瓷材料体系之一,可以作为防热材料应用于航天飞行器以及推进系统,如航天飞机的机翼前缘、高超音速超燃冲压发动机等。此外,ZrC还具有较低的中子吸收截面和较好的耐辐照性能,因而可用作核反应堆中的惰性基质材料,如核燃料包覆材料等。
核反应堆
碳化钛
碳化钛(TiC)是一种重要的陶瓷材料,具有高熔点、超硬、化学稳定性、高耐磨性、热传导性能好等优良性能,在机械加工、航空领域、涂层材料等领域具有广阔的应用前景,广泛用作切削工具、抛光膏、磨具、抗疲劳材料及复合材料的增强体等。特别是纳米级的TiC在磨料、磨具、硬质合金、高温耐腐和耐磨涂层有大量的市场需求。
碳化钛还可以作为首饰涂层
总之,碳化物作为最耐高温的材料之一,凭借其高硬度、良好的导电性、导热性和化学稳定性在许多领域都展现出了优势。但是要发挥这些优势,碳化物粉体的制备很是关键,其纯度、粒度和颗粒形貌都与陶瓷材料的微观组织和力学性能息息相关。因此综合探讨碳化物粉体与陶瓷制备技术,对于碳化物的发展是十分有益的。
粉体圈