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,大多數碳化物都是碳與金屬在高溫下反應得到的,一般都具有較高的熔點、硬度和穩定性且耐磨、耐腐蝕,因此在工業生產合金方面應用廣泛。
目前比較知名的碳化物主要有碳化硅、碳化硼、碳化鋯、碳化鎢、碳化鉻等。組成元素不同性能自然也有差別,因此在應用時的表現也大相徑庭,具體如下:
碳化硅
碳化硅(SiC),又名金剛砂是用石英砂、石油焦、木屑等原料通過電阻爐高溫冶煉而成,在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中,碳化硅是應用最廣泛、最經濟的一種。
由于化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、密度小、耐磨性能好、硬度大、機械強度高、耐化學腐蝕等特點,碳化硅在材料領域迅速發展起來。現普遍用于陶瓷球軸承、閥門、半導體材料、測量儀、航空航天等領域,除此之外還可以應用于磨料、第三代半導體碳化硅晶圓制造。
碳化硅晶圓
碳化硼
碳化硼(B4C)材料的硬度在自然界中僅次于金剛石和立方氮化硼,尤其是近于恒定的高溫硬度是其他材料無可比擬的,故成為超硬材料家族中的重要成員。碳化硼具有高熔點、高硬度、高模量、密度小、耐磨性好、耐酸堿性強等特點,故在耐火材料、工程陶瓷、航天航空等領域受到重視,比如說防彈陶瓷就是它很有前景的一個發展方向。而且由于碳化硼還具有良好的中子、氧氣吸收能力、較低的膨脹系數、熱電性能,因此也能應用于核工業。
防彈陶瓷
碳化鎢
碳化鎢是一種由鎢和碳組成的化合物,分子式為WC,分子量為195.85。為黑色六方晶體,有金屬光澤,硬度與金剛石相近,為電、熱的良好導體。碳化鎢不溶于水、鹽酸和硫酸,易溶于硝酸-氫氟酸的混合酸中。純的碳化鎢易碎,若摻入少量鈦、鈷等金屬,就能減少脆性。用作鋼材切割工具的碳化鎢,常加入碳化鈦、碳化鉭或它們的混合物,以提高抗爆能力,另外碳化鎢粉應用于硬質合金生產材料。
碳化鎢硬質合金的應用
碳化鋯
碳化鋯(ZrC)陶瓷材料具有高熔點、高硬度、低密度、耐磨損、優異的力學性能、以及高導電(熱)率和優異的抗氧化燒蝕性能,作為超高溫陶瓷材料體系之一,可以作為防熱材料應用于航天飛行器以及推進系統,如航天飛機的機翼前緣、高超音速超燃沖壓發動機等。此外,ZrC還具有較低的中子吸收截面和較好的耐輻照性能,因而可用作核反應堆中的惰性基質材料,如核燃料包覆材料等。
核反應堆
碳化鈦
碳化鈦(TiC)是一種重要的陶瓷材料,具有高熔點、超硬、化學穩定性、高耐磨性、熱傳導性能好等優良性能,在機械加工、航空領域、涂層材料等領域具有廣闊的應用前景,廣泛用作切削工具、拋光膏、磨具、抗疲勞材料及復合材料的增強體等。特別是納米級的TiC在磨料、磨具、硬質合金、高溫耐腐和耐磨涂層有大量的市場需求。
碳化鈦還可以作為首飾涂層
總之,碳化物作為最耐高溫的材料之一,憑借其高硬度、良好的導電性、導熱性和化學穩定性在許多領域都展現出了優勢。但是要發揮這些優勢,碳化物粉體的制備很是關鍵,其純度、粒度和顆粒形貌都與陶瓷材料的微觀組織和力學性能息息相關。因此綜合探討碳化物粉體與陶瓷制備技術,對于碳化物的發展是十分有益的。
粉體圈