เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์(ZrC) เป็นวัสดุเซรามิกที่มีอุณหภูมิสูง-สูง-เป็นพิเศษ โดยมีโครงสร้างผลึกลูกบาศก์คริสตัล - ทั่วไป- อยู่ตรงกลาง- ทำให้เกิดความแวววาวของโลหะสีเทา- คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของมันคือจุดหลอมเหลวที่สูงมาก (ประมาณ 3540 องศา) ความแข็งสูง (ประมาณ 25 GPa) และความเสถียรทางเคมีที่ดีเยี่ยม ทำให้สามารถรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ วัสดุนี้ยังมีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดีและมีคุณสมบัติในการกระตุ้นต่ำ คุณสมบัติที่โดดเด่นเหล่านี้ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับระบบป้องกันความร้อนในการบินและอวกาศ ส่วนประกอบชั้นนำ-ของเครื่องบินความเร็วเหนือเสียง และการเคลือบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ในปัจจุบัน การเตรียมสารส่วนใหญ่อาศัยกระบวนการต่างๆ เช่น-การเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงหรือการสะสมไอสารเคมี การใช้งานและการพัฒนามีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับความต้องการวัสดุที่สภาพแวดล้อมที่รุนแรงอย่างเร่งด่วนในอุตสาหกรรม-ที่ล้ำสมัยและเทคโนโลยีการป้องกันในอนาคต
|
สูตรเคมี |
C40H68Zr |
|
มวลที่แน่นอน |
638 |
|
น้ำหนักโมเลกุล |
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%) |
|
การวิเคราะห์องค์ประกอบ |
ค 75.04; ส 10.71; ซ.ร. 14.25 น |
|
|
|
สูตรโมเลกุลของเซอร์โคเนียมคาร์ไบด์คือ ZrC โดยมีน้ำหนักโมเลกุลเท่ากับ 103.23 ความหนาแน่นของมันคือ 6.73 g/cm ³ จุดหลอมเหลวสูงถึง 3532 องศา จุดเดือดคือ 5100 องศา และความแข็งของ Mohs คือ 8-9 ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมี ZrC ไม่ละลายในกรดไฮโดรคลอริก แต่ละลายได้ในกรดไนตริกและกรดไฮโดรฟลูออริก เช่นเดียวกับกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดซัลฟิวริกร้อนที่มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้ ZrC เป็นวัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง-ในอุดมคติและเป็นวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน เป็นวัสดุเซรามิกที่สำคัญซึ่งมีคุณสมบัติดีเยี่ยม เช่น มีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และทนต่อการกัดกร่อน ลักษณะเหล่านี้ทำให้ ZrC มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในหลายสาขา
วัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง
มีความทนทานต่อการกัดกร่อน ทนต่อการสึกหรอ ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อความล้าได้ดีเยี่ยม และมีการนำไฟฟ้าได้ดี ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง-
การบินและอวกาศ:
วัสดุบุห้องเผาไหม้: ทนทานต่อการใช้งานในระยะยาว-ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูง ดังนั้นจึงใช้เป็นวัสดุบุสำหรับห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์การบินและอวกาศ ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยมสามารถปกป้องโครงสร้างห้องเผาไหม้ ปรับปรุงอายุการใช้งานและความปลอดภัยของเครื่องยนต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่น: ยังใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่น เช่น ท่อผสมเชื้อเพลิง ถังขับเคลื่อน ฯลฯ ความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อนทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงของทรัสเตอร์ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ใบพัดกังหัน: การเคลือบ ZrC สามารถปรับปรุงความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อนของใบพัดกังหันในเครื่องยนต์อากาศยานได้ จึงช่วยยืดอายุการใช้งานของใบพัดได้
เรือ:
Thruster: ส่วนประกอบสำคัญที่ใช้เป็นระบบขับเคลื่อนสำหรับเรือ เช่น เปลือกขับเคลื่อน ใบพัดใต้น้ำ ฯลฯ ความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการสึกหรอที่ดีเยี่ยมช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงของ Thruster ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน เช่น น้ำทะเล
ส่วนประกอบภายในของเครื่องยนต์: การเคลือบ ZrC สามารถปรับปรุงความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อนของส่วนประกอบภายในของเครื่องยนต์ทางทะเลได้ จึงช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องยนต์
ไฟฟ้า:
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน: ใช้เป็นวัสดุแลกเปลี่ยนความร้อนในอุตสาหกรรมพลังงาน ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและกัดกร่อน และปรับปรุงประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อน
ปิโตรเลียม เคมี โลหะ การแปรรูปถ่านหิน:
เครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูง: ใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูง-ในสาขาต่างๆ เช่น ปิโตรเลียม เคมี โลหะวิทยา และการแปรรูปถ่านหิน
ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมสามารถรับประกันการทำงานที่มั่นคงของเครื่องปฏิกรณ์ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและการกัดกร่อน และปรับปรุงประสิทธิภาพของปฏิกิริยา
ตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยา: นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยาได้ และพื้นที่ผิวจำเพาะสูงและความเสถียรทางเคมีที่ดีเยี่ยมสามารถรับประกันการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีเสถียรภาพ
วัสดุที่ทนต่อการสึกหรอ
มีความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยม ดังนั้นจึงใช้เป็นเครื่องมือตัด วัสดุที่ทนทานต่อการสึกหรอ- ฯลฯ
เครื่องมือตัด:
วัสดุเคลือบที่ใช้เป็นเครื่องมือตัด เช่น เครื่องมือตัด ดอกสว่าน ฯลฯ มีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยม ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดและอายุการใช้งานของเครื่องมือได้อย่างมาก
ส่วนประกอบที่ทนต่อการสึกหรอ:
สำหรับส่วนประกอบทางกลบางชนิดที่ต้องการความต้านทานการสึกหรอสูง เช่น ตลับลูกปืน แหวนซีล ฯลฯ การเคลือบ ZrC สามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของส่วนประกอบได้ จึงช่วยยืดอายุการใช้งานได้
วัสดุบด:
นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นวัสดุบดสำหรับการแปรรูปโลหะแข็งต่างๆ แก้ว หรือคอรันดัมได้อีกด้วย มีความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยมทำให้การทำงานมีประสิทธิภาพและมีเสถียรภาพในระหว่างกระบวนการเจียร
วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน
มีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ดังนั้นจึงใช้เป็นส่วนประกอบที่ต้านทานการกัดกร่อน-ในอุปกรณ์เคมี
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน:
ในการผลิตสารเคมี เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมักจะสัมผัสกับสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนต่างๆ ใช้เป็นส่วนประกอบหลักของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมทำให้มั่นใจได้ว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะทำงานได้อย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
ตัวเร่งปฏิกิริยา:
นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นพาหะหรือส่วนประกอบออกฤทธิ์สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาได้ ความเสถียรทางเคมีที่ยอดเยี่ยมและความต้านทานการกัดกร่อนช่วยให้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยามีประสิทธิภาพและเสถียรภายใต้สภาวะปฏิกิริยาที่ซับซ้อน
วัสดุอิเล็กทรอนิกส์
มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีและมีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นจึงใช้เป็นวัสดุสำหรับการผลิต-อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงและ-วงจรความถี่สูง
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง:
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง-บางชนิด เช่น พาวเวอร์ไดโอด ไทริสเตอร์ ฯลฯ พวกมันถูกใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรด การนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและความเสถียรของอุณหภูมิสูง-ทำให้อุปกรณ์ทำงานได้อย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง-
วงจรความถี่สูง:
ในวงจรความถี่สูง- วัสดุที่ใช้เป็นสายส่ง ตัวสะท้อนเสียง และส่วนประกอบอื่นๆ ค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและความเสถียรของอุณหภูมิที่สูง-ทำให้มั่นใจถึงการทำงานของวงจรที่มีประสิทธิภาพและเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีความถี่สูง-
วัสดุชีวการแพทย์
มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีและมีความเสถียรทางชีวภาพ ดังนั้นจึงใช้แทนวัสดุเกี่ยวกับศัลยกรรมกระดูกและทันตกรรม
ข้อต่อเทียม:
วัสดุที่ใช้เป็นข้อต่อเทียม เช่น ข้อเข่าเทียม ข้อสะโพกเทียม ฯลฯ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมและความเสถียรทางชีวภาพของข้อเทียมนี้สามารถรับประกันการทำงานที่มั่นคงของข้อต่อเทียมในร่างกายมนุษย์ในระยะยาว-
ฟันเทียม:
นอกจากนี้ยังใช้เป็นวัสดุสำหรับฟันเทียม เช่น ครอบฟัน สะพานฟัน ฯลฯ ความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงของฟันเทียมในช่องปากในระยะยาว-
การปลูกถ่ายกระดูกและข้อ:
ในการปลูกถ่ายกระดูกบางชนิด เช่น เล็บกระดูก แผ่นกระดูก ฯลฯ สิ่งเหล่านี้จะถูกใช้เป็นวัสดุเคลือบ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมและความเสถียรทางชีวภาพสามารถรับประกันการทำงานที่มั่นคงในระยะยาว{2}}ของการปลูกถ่ายในร่างกายมนุษย์
ไบโอเซนเซอร์:
นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นวัสดุพาหะสำหรับไบโอเซนเซอร์ได้อีกด้วย ความเสถียรทางเคมีและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยมทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของเซ็นเซอร์ในสภาพแวดล้อมทางชีววิทยาที่ซับซ้อนอย่างมีประสิทธิภาพและเสถียร
ระบบนำส่งยา:
ในระบบนำส่งยาบางระบบ มันถูกใช้เป็นวัสดุพาหะ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมและความเสถียรทางชีวภาพสามารถรับประกันการส่งมอบยาที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในร่างกายมนุษย์
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์เนื่องจากเป็นวัสดุเซรามิกที่สำคัญจึงมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม เช่น มีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และทนต่อการกัดกร่อน มีความเป็นไปได้ในการใช้งานอย่างกว้างขวางในวัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง- วัสดุที่ทนต่อการสึกหรอ- วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน- วัสดุอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุชีวการแพทย์ และสาขาอื่นๆ
วิธีการเตรียม ZrC ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีการลดความร้อน วิธีการสะสมไอสารเคมี และวิธีโซลเจล
วิธีที่ 1: วิธีลดความร้อน
วิธีการลดความร้อนเป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้กันมากที่สุดในการเตรียม ZrC สร้าง ZrC โดยทำปฏิกิริยาเซอร์โคเนียมออกไซด์กับแหล่งคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง วิธีการนี้ง่าย -มีประสิทธิภาพ และสามารถสร้าง-ZrC ที่มีความบริสุทธิ์สูง
1. หลักการ
หลักการของวิธีการลดความร้อนขึ้นอยู่กับปฏิกิริยารีดักชันระหว่างเซอร์โคเนียมออกไซด์ (เช่น เซอร์โคเนีย, ZrO ₂) และแหล่งคาร์บอน (เช่น คาร์บอนแบล็ก) ที่อุณหภูมิสูง ทำให้เกิดก๊าซ ZrC และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) สมการปฏิกิริยามีดังนี้:
ZrO2+3C→ZrC+2CO
2. ขั้นตอน
ขั้นตอนเฉพาะของวิธีลดความร้อนมีดังนี้
(1) การผสมวัตถุดิบ:
ผสมเซอร์โคเนียมออกไซด์ (เช่น เซอร์โคเนีย) กับแหล่งคาร์บอน (เช่น คาร์บอนแบล็ค) ในสัดส่วนที่กำหนด ควรปรับอัตราส่วนการผสมให้เหมาะสมตามความบริสุทธิ์ที่ต้องการของ ZrC และสภาวะของปฏิกิริยา
(2) กำลังโหลด:
ใส่วัตถุดิบที่ผสมแล้วลงในเบ้าหลอมกราไฟท์ของเตาถ่าน ถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟต์มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและมีเสถียรภาพทางเคมีเป็นเลิศ ทำให้มั่นใจได้ว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง
(3) ปฏิกิริยาความร้อน:
อุ่นเตาถ่านที่อุณหภูมิสูง (เช่น 2,400 องศา) ในบรรยากาศไฮโดรเจน บรรยากาศไฮโดรเจนสามารถป้องกันการเกิดออกซิเดชันของเซอร์โคเนียมออกไซด์และแหล่งคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง ขณะเดียวกันก็ส่งเสริมความก้าวหน้าของปฏิกิริยารีดักชัน ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อน เซอร์โคเนียมออกไซด์จะเกิดปฏิกิริยารีดักชันกับแหล่งคาร์บอน ทำให้เกิดก๊าซ ZrC และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์
(4) การทำความเย็นและการรวบรวมวัสดุ:
หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น ให้ปิดแหล่งให้ความร้อนและปล่อยให้เตาถ่านเย็นลงตามธรรมชาติจนถึงอุณหภูมิห้อง ในระหว่างกระบวนการทำความเย็น ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เกิดขึ้นจะค่อยๆ ปล่อยออกมา ซึ่งส่งผลให้เกิดผลิตภัณฑ์ ZrC ในท้ายที่สุด
3. ข้อดีและข้อเสีย
ข้อได้เปรียบ:
วิธีการง่ายๆ: ผังกระบวนการของวิธีการลดความร้อนนั้นค่อนข้างง่าย ใช้งานง่าย และได้ผลผลิตทางอุตสาหกรรม
ต้นทุนต่ำ: เมื่อเปรียบเทียบกับการสะสมไอสารเคมีและวิธีโซลเจล วิธีการลดความร้อนมีต้นทุนวัตถุดิบที่ต่ำกว่าและไม่ต้องใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อน
ความบริสุทธิ์สูง: ด้วยการปรับสภาวะปฏิกิริยาและอัตราส่วนวัตถุดิบให้เหมาะสม จึงสามารถเตรียม ZrC ที่มีความบริสุทธิ์สูง-ได้
ข้อเสีย:
การใช้พลังงานสูง: วิธีการลดความร้อนจำเป็นต้องทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้มีการใช้พลังงานสูง
ความต้องการอุปกรณ์สูง: เตาถ่านจะต้องสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและติดตั้งระบบบรรยากาศไฮโดรเจน ซึ่งต้องใช้ความต้องการอุปกรณ์สูง
4. ตัวอย่างการใช้งาน
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์จัดทำโดยวิธีการลดความร้อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศ การต่อเรือ พลังงาน ปิโตรเลียม เคมี โลหะวิทยา การแปรรูปถ่านหิน และสาขาอื่นๆ ตัวอย่างเช่น:
การบินและอวกาศ: ใช้เป็นซับในห้องเผาไหม้ ระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่น ใบพัดกังหัน และส่วนประกอบอื่นๆ สำหรับเครื่องยนต์การบินและอวกาศ ZrC สามารถทนต่อการใช้งานระยะยาว-ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานและความปลอดภัยของเครื่องยนต์
เรือ: ส่วนประกอบหลักที่ใช้เป็นตัวขับดันของเรือ เช่น เปลือกของตัวขับดัน ตัวขับใต้น้ำ ฯลฯ ความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยมของ ZrC ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงของตัวขับดันในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน เช่น น้ำทะเล
ไฟฟ้า: ใช้เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อแลกเปลี่ยนความร้อน และส่วนประกอบอื่น ๆ ในอุตสาหกรรมพลังงาน ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมของ ZrC ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงของส่วนประกอบเหล่านี้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและกัดกร่อน
วิธีที่ 2: วิธีการสะสมไอสารเคมี
การตกสะสมไอสารเคมี (CVD) เป็นวิธีการทำปฏิกิริยาภายใต้สภาวะเฟสของก๊าซ- ใช้สารตั้งต้นของเฟสก๊าซ-เพื่อสลายตัวเป็น ZrC ที่อุณหภูมิสูงและสะสมไว้บนพื้นผิวของสารตั้งต้น วิธีนี้สามารถควบคุมสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของวัสดุ และเตรียมฟิล์ม ZrC ด้วยสัณฐานวิทยาและขนาดเฉพาะ
1. หลักการ
หลักการของการสะสมไอสารเคมีขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาการสลายตัวของสารตั้งต้นของเฟส-ของก๊าซ (เช่น เซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์และก๊าซไฮโดรคาร์บอน) ที่อุณหภูมิสูง ทำให้เกิด ZrC และเกิดเป็นก๊าซของผลิตภัณฑ์- สมการของปฏิกิริยามีดังนี้ (ยกตัวอย่างเซอร์โคเนียมเตตราคลอไรด์และมีเทน):
ZrCl4+CH4→ZrC+4HCl
2. ขั้นตอน
ขั้นตอนเฉพาะของวิธีการสะสมไอสารเคมีมีดังนี้:
(1) การเตรียมสารตั้งต้นของเฟส-ก๊าซ:
ผสมสารตั้งต้นของเฟส-ของก๊าซ (เช่น เซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์และก๊าซไฮโดรคาร์บอน) ให้เท่ากันในสัดส่วนที่กำหนด อัตราการผสมควรได้รับการปรับให้เหมาะสมตามองค์ประกอบของฟิล์ม ZrC และสภาวะการทำปฏิกิริยาที่ต้องการ
(2) การรักษาพื้นผิว:
ทำความสะอาดและปรับสภาพพื้นผิววัสดุซับสเตรต (เช่น เวเฟอร์ซิลิคอน เวเฟอร์เซรามิก ฯลฯ) เพื่อให้แน่ใจว่าฟิล์ม ZrC สามารถเกาะติดบนพื้นผิวของซับสเตรตได้อย่างสม่ำเสมอ
(3) ปฏิกิริยาการสะสม:
สารตั้งต้นของเฟสก๊าซผสม-จะถูกส่งผ่านไปยังลวดทังสเตนที่ได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูง (เช่น 1700-2400 องศา ) ที่อุณหภูมิสูง สารตั้งต้นของเฟส-ของก๊าซจะเกิดปฏิกิริยาการสลายตัว ทำให้เกิด ZrC และก๊าซผลพลอยได้ ZrC สะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นเพื่อสร้างฟิล์มบางๆ
(4) การรวบรวมวัสดุทำความเย็น:
หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น ให้ปิดแหล่งให้ความร้อนและปล่อยให้ระบบเย็นลงตามธรรมชาติจนถึงอุณหภูมิห้อง ในระหว่างกระบวนการทำความเย็น โดย-ก๊าซของผลิตภัณฑ์จะค่อยๆ ปล่อยออกมา ซึ่งท้ายที่สุดจะทำให้เกิดฟิล์ม ZrC
3. ข้อดีและข้อเสีย
ข้อได้เปรียบ:
สัณฐานวิทยาที่ควบคุมได้: การสะสมไอสารเคมีสามารถควบคุมสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของวัสดุ และเตรียมฟิล์ม ZrC ด้วยสัณฐานวิทยาและขนาดเฉพาะ
การครอบคลุมที่แข็งแกร่ง: เทคโนโลยี CVD สามารถครอบคลุมพื้นผิวของวัสดุที่สะสม ทำให้เกิดการเคลือบหนาและโครงสร้างทิศทางที่ซับซ้อน เหมาะสำหรับการผลิตการเคลือบในพื้นที่ที่รุนแรง
ประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยม: การเคลือบ CVD ที่สะสมอยู่บนพื้นผิวของวัสดุที่สะสมนั้นมีคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าที่ดี เช่น ความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการกัดกร่อน
ต้นทุนต่ำ: เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีโซลเจล ต้นทุนอุปกรณ์ของวิธีการสะสมไอสารเคมีนั้นต่ำกว่า และสามารถผลิตได้ในปริมาณมาก-
ข้อเสีย:
อุปกรณ์ราคาแพง: การสะสมไอสารเคมีต้องใช้อุปกรณ์ เช่น-เตาทำปฏิกิริยาอุณหภูมิสูง และ-ระบบขนส่งสารตั้งต้นของเฟสก๊าซ ซึ่งมีราคาแพง
ข้อกำหนดทางเทคนิคระดับสูง: การสะสมไอสารเคมีต้องมีการควบคุมสภาวะของปฏิกิริยาอย่างแม่นยำ (เช่น อุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหลของก๊าซ ฯลฯ) และมีข้อกำหนดทางเทคนิคในระดับสูง
มลพิษ: ก๊าซไอเสียที่เกิดจากวิธีการสะสมไอสารเคมีประกอบด้วย-ก๊าซของผลิตภัณฑ์ (เช่น HCl) ซึ่งมีมลพิษในระดับหนึ่ง
ข้อจำกัด: การสะสมไอสารเคมีสามารถใช้ได้กับวัสดุที่สามารถกลายเป็นไอได้เท่านั้น และสำหรับวัสดุบางชนิด เช่น โลหะและสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่สามารถทำให้กลายเป็นไอได้ที่อุณหภูมิห้อง CVD ไม่สามารถใช้สำหรับการสะสมได้
4. ตัวอย่างการใช้งาน
ฟิล์มบางของเซอร์โคเนียที่เตรียมโดยการสะสมไอสารเคมีมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และการเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น:
อิเล็กทรอนิกส์: วัสดุที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง-และวงจรความถี่สูง- ฟิล์มบาง ZrC มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีและมีความเสถียรต่ออุณหภูมิสูง- ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้
ออปโตอิเล็กทรอนิกส์: วัสดุที่ใช้ในการเตรียมฟิล์มบางเชิงแสง โครงสร้างนาโน และอุปกรณ์เชิงแสง ฟิล์มบาง ZrC มีคุณสมบัติทางแสงที่ดีเยี่ยม ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ออปติคัลได้
การเร่งปฏิกิริยา: ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์ การแปลงพลังงาน และการปกป้องสิ่งแวดล้อม ฟิล์มบาง ZrC มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และมีฤทธิ์สูง ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาได้
วิธีที่ 3: วิธีโซลเจล
วิธีโซลเจลเป็นวิธีการเตรียมวัสดุผ่านวัสดุตั้งต้นในสถานะโซลและเจล ในการเตรียมการของเซอร์โคเนียมคาร์ไบด์โดยปกติสารละลายที่มีเซอร์โคเนียมไอออนมักจะผสมกับแหล่งคาร์บอนที่เหมาะสมเพื่อสร้างเจล จากนั้นเจลจะถูกแปลงเป็น ZrC โดยผ่านการบำบัดความร้อน วิธีนี้สามารถเตรียมอนุภาค ZrC ขนาดนาโน-ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และมีฤทธิ์สูง
1. หลักการ
หลักการของวิธีโซลเจลขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและปฏิกิริยาควบแน่นระหว่างสารละลายที่มีเซอร์โคเนียมไอออน (เช่น เซอร์โคเนียมอัลคอกไซด์) และแหล่งคาร์บอน (เช่น กลูโคส) ในสถานะของเหลวเพื่อสร้างเจล หลังจากการอบแห้งและการบำบัดความร้อน เจลจะเกิดปฏิกิริยารีดักชันคาร์บอเทอร์มอลเพื่อสร้าง ZrC สมการปฏิกิริยามีดังนี้:
Zr(OR)4+C6H12O6→ZrC+CO2+H2O
2. ขั้นตอน
ขั้นตอนเฉพาะของวิธีโซลเจลมีดังนี้
(1) การเตรียมสารละลาย:
ผสมสารละลายที่มีเซอร์โคเนียมไอออน (เช่น เซอร์โคเนียมอัลคอกไซด์) กับแหล่งคาร์บอน (เช่น กลูโคส) ในสัดส่วนที่กำหนด และผสมให้เข้ากัน อัตราการผสมควรได้รับการปรับให้เหมาะสมตามองค์ประกอบ ZrC และสภาวะการทำปฏิกิริยาที่ต้องการ
(2) การสร้างเจล:
สารละลายผสมได้รับอนุญาตให้ยืนที่อุณหภูมิห้องเป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและโพลีคอนเดนเซชันเพื่อสร้างเจล ในระหว่างการก่อตัวของเจล สารละลายจะค่อยๆ สูญเสียความลื่นไหลและกลายเป็นสารแข็งที่มีความแข็งแรงระดับหนึ่ง
(3) การอบแห้ง:
เจลถูกทำให้แห้งในเตาอบแห้งเพื่อขจัดความชื้นและตัวทำละลายอินทรีย์ออกจากเจล ในระหว่างกระบวนการทำให้แห้ง ปริมาตรของเจลจะค่อยๆ ลดลงจนเกิดเป็นเจลแห้งที่มีรูพรุน
(4) การรักษาความร้อน:
ให้ความร้อนแก่เจลแห้งในบรรยากาศเฉื่อย (เช่น อาร์กอน) และให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง (เช่น 1500 องศา ) ในระหว่างการบำบัดความร้อน เจลแห้งจะเกิดปฏิกิริยารีดักชันคาร์บอเทอร์มอลเพื่อสร้าง ZrC
ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างที่มีรูพรุนในเจลแห้งจะค่อยๆ หายไป กลายเป็นอนุภาค ZrC ที่มีความหนาแน่นสูง
3. ข้อดีและข้อเสีย
ข้อได้เปรียบ:
ระดับนาโน: วิธีโซลเจลสามารถเตรียมอนุภาค ZrC ระดับนาโนโดยมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และมีฤทธิ์สูง
กระบวนการง่ายๆ: ผังกระบวนการของวิธีโซลเจลนั้นค่อนข้างง่าย ใช้งานง่าย และตระหนักถึงการผลิตทางอุตสาหกรรม
ต้นทุนอุปกรณ์ต่ำ: เมื่อเทียบกับการสะสมไอสารเคมี ต้นทุนอุปกรณ์ของวิธีโซลเจลต่ำกว่า
Energy saving: the reaction temperature of the sol gel method is relatively low, which can save energy.
ข้อเสีย:
ต้นทุนวัตถุดิบสูง: วิธีโซลเจลต้องใช้เซอร์โคเนียมอัลคอกไซด์ กลูโคส และวัตถุดิบอื่นๆ ที่มีความบริสุทธิ์สูง- และมีต้นทุนวัตถุดิบสูง
รูเล็กๆ ที่เหลือ: อาจมีรูเล็กๆ ที่เหลืออยู่ในอนุภาค ZrC ที่เตรียมโดยวิธีโซล- ซึ่งส่งผลต่อความแน่นและประสิทธิภาพของวัสดุ
การควบคุมอุณหภูมิระหว่างการบำบัดความร้อน: จำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำในระหว่างกระบวนการบำบัดความร้อน เพื่อหลีกเลี่ยงคาร์บอนที่ตกค้างและส่งผลต่อความบริสุทธิ์ของ ZrC
เวลาปฏิกิริยานาน: เวลาปฏิกิริยาของวิธีโซลเจลนั้นยาวนานซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิต
อันตรายของตัวทำละลายอินทรีย์: ตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้ในวิธีโซลเจลเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์
4. ตัวอย่างการใช้งาน
อนุภาคนาโน ZrC ที่เตรียมโดยวิธีโซล-มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านชีวการแพทย์ ตัวเร่งปฏิกิริยา อิเล็กทรอนิกส์ และสาขาอื่นๆ ตัวอย่างเช่น:
ชีวการแพทย์: ใช้เป็นข้อต่อเทียมและวัสดุทางทันตกรรม อนุภาคนาโน ZrC มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความเสถียรทางชีวภาพที่ดีเยี่ยม และสามารถเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อของมนุษย์โดยไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาการปฏิเสธ
การเร่งปฏิกิริยา: ใช้เป็นตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยา อนุภาคนาโน ZrC มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และมีฤทธิ์สูง ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาได้
อิเล็กทรอนิกส์: วัสดุที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูง- อนุภาคนาโนมีค่าการนำไฟฟ้าดีเยี่ยมและ-ความเสถียรของอุณหภูมิสูง ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ไม่ได้ถูกค้นพบว่าเป็นแร่ธรรมชาติ แต่ถูกสังเคราะห์ครั้งแรกในการวิจัยในห้องปฏิบัติการในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ถึงกลางศตวรรษที่ 20 โดยมีรากฐานมาจากการศึกษาเซอร์โคเนียมตอนต้นและคาร์ไบด์ทนไฟ ธาตุเซอร์โคเนียมถูกแยกออกจากแร่เพทายในปี 1789 แต่สารประกอบไบนารี Zr-C ที่เสถียรยังคงไม่มีการระบุลักษณะใด ๆ มานานกว่าศตวรรษ
นักเคมีช่วงปลาย-ช่วงปี 1800 พยายามทำปฏิกิริยาโซลิดสเตตโดยตรงระหว่างโลหะเซอร์โคเนียมดิบกับกราไฟต์ที่ความร้อนจัด แต่การปนเปื้อนของออกซิเจนและไนโตรเจนจากเตาเผาแบบเปิดทำให้เกิดส่วนผสมออกซีคาร์ไบด์ที่ไม่บริสุทธิ์โดยไม่มีการยืนยันการระบุเฟส ZrC
การวิจัยอย่างเป็นระบบเริ่มขึ้นในช่วงทศวรรษปี 1920 หลังจากที่เตาเผาอุณหภูมิสูงแบบสุญญากาศ-เกิดขึ้น นักวิทยาศาสตร์ได้ปรับการลดคาร์บอเทอร์มิกของเซอร์โคเนียด้วยคาร์บอนภายใต้บรรยากาศเฉื่อย โดยทำให้เกิดผลึก ZrC ที่สามารถระบุตัวได้ และตรวจสอบโครงสร้างผลึกเกลือของหิน-ผ่านการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ดั้งเดิม
ในช่วงทศวรรษที่ 1930-1940 การวิจัยพลังงานนิวเคลียร์ได้กระตุ้นให้เกิดการระบุลักษณะเฉพาะที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น: ส่วนตัดขวางการจับนิวตรอนต่ำ-ของ ZrC และจุดหลอมเหลวที่สูงเป็นพิเศษดึงดูดความสนใจสำหรับส่วนประกอบของเครื่องปฏิกรณ์ ทำให้เกิดโปรโตคอลการสังเคราะห์ที่เป็นมาตรฐานและการทดสอบคุณสมบัติที่แม่นยำ
การแข่งขันด้านอวกาศในทศวรรษ 1960 ได้เร่งการพัฒนาอย่างมาก นักวิจัยได้ทำแผนที่แผนภาพเฟส Zr–C แบบเต็ม ชี้แจงช่วงสารละลาย-ของแข็งแบบ nonstoichiometric ZrCₓ และบุกเบิกการเคลือบ ZrC ที่ฝากด้วยไอ-สำหรับการป้องกันความร้อนของยานพาหนะที่มีความเร็วเหนือเสียง
นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา เทคนิคการพ่น CVD และพลาสมาได้ขยายการผลิตทางอุตสาหกรรม ในขณะที่เครื่องมือการเลี้ยวเบนที่ทันสมัยเผยให้เห็นโครงสร้างส่วนบนของคาร์บอนที่ว่าง- ซึ่งเสร็จสิ้นการสำรวจ-ที่ยาวนานนับศตวรรษของเซรามิกอุณหภูมิสูงพิเศษ-นี้-
คำถามที่พบบ่อย
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ใช้ทำอะไร?
+
-
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ (ZrC) เป็นวัสดุที่มีศักยภาพในการเคลือบผิว การทำให้เกิดออกซิเจน- หรือเมทริกซ์เฉื่อยสำหรับเชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูงขั้นสูง. ZrC ได้แสดงให้เห็นคุณสมบัติที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานเชื้อเพลิงเหล่านี้ รวมถึงความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการกัดกร่อนของผลิตภัณฑ์จากฟิชชัน และความสามารถในการกักเก็บผลิตภัณฑ์จากฟิชชัน
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ละลายที่อุณหภูมิเท่าใด
+
-
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ (ZrC) มีจุดหลอมเหลวประมาณ 3,532 ถึง 3,540 องศา (6,390 ถึง 6,404 องศา F หรือ 3,805 ถึง 3,813 K)
ป้ายกำกับยอดนิยม: เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ cas 12070-14-3 ซัพพลายเออร์ ผู้ผลิต โรงงาน ขายส่ง ซื้อ ราคา จำนวนมาก ขาย