Свойства карбидов металлов (гафния, хрома, титана, вольфрама и др.)

Свойства карбидов металлов (гафния, хрома, титана, вольфрама и др.)

Представлены сведения о химических и физических свойствах карбидов металлов: таких, как гафний, хром, титан, вольфрам и других. Физические свойства карбидов сведены в отдельные таблицы, в которых указана их плотность, твердость, температура плавления и кипения, а также электрические и тепловые свойства.

Карбид гафния GfC

В таблице приведены свойства карбида металла гафния. Карбид гафния представляет собой соединение серого цвета с температурой плавления 3890°С и высокой плотностью, которая при комнатной температуре составляет 12600 кг/м3. Энергия кристаллической решетки GfC равна 117,2·105 кДж/кмоль.

Карбид гафния полностью растворяется в ортофосфорной, азотной и серной кислотах.  При температуре около 2000°С он начинает взаимодействовать с тугоплавкими металлами — такими, как молибден, вольфрам, тантал и ниобий.

Физические свойства карбида гафния GfC
Молекулярная масса 190,5
Тип решетки Кубическая
Плотность, кг/м3 12600
Температура плавления, °С 3890±150
Температура кипения, °С 4160
Средний ТКЛР в интервале 20-1200°С, α·106, град-1 6,1
Молярная теплоемкость при 20°С, кДж/(кмоль·град) 35,3

Теплопроводность карбида гафния с нулевой пористостью при температуре 300°С равна 9,2 Вт/(м·град). При нагревании коэффициент теплопроводности GfC увеличивается. Удельная теплоемкость карбида гафния относительно невысока и при росте температуры слабо увеличивается.

Удельная теплоемкость и теплопроводность карбида гафния при температуре от 300 до 1200°С
  300 400 600 800 1000 1200
Удельная массовая теплоемкость, Дж/(кг·град) 251 251 255 268 281 297
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град) 9,2 10 11,7 13,8 15,9 17,2

Карбиды хрома

Таблица содержит физические свойства карбидов хрома различного состава. Соединения с формулой Cr23C6 и Cr3C2 имеют серый цвет; Cr7C3 — серебристый.

Карбиды хрома Cr23C6 и Cr7C3 нерастворимы в царской водке. После длительного нагрева при 730…870°С карбид Cr7C3 превращается в Cr23C6. Карбид Cr3C2 нерастворим в воде. Изделия из него также практически нерастворимы в кислотах, их смесях и растворах щелочей. Однако, он может взаимодействовать с цинком при температуре 940°С. Температура начала окисления Cr3C2 составляет 900…1000°С.

Физические свойства карбидов хрома Cr4C, Cr23C6, Cr7C3, Cr3C2
Свойства/карбид Cr4C Cr23C6 Cr7C3 Cr3C2
Молекулярная масса 220 1265 400 180
Тип решетки Кубическая Кубическая Гексагональная Ромбическая
Плотность, кг/м3 6970 6920 6680
Температура плавления, °С 1520 1550 1700±50 1890 (разлаг.)
Средний ТКЛР в интервале 20-800°С, α·106, град-1 10,1 10 10,3
Удельная массовая теплоемкость при 20°С, Дж/(кг·град) 493 523 546
Молярная теплоемкость при 20°С, кДж/(кмоль·град) 84 209 98
Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град) 18,7 16,6 16,2

Карбид титана TiC

Карбид титана TiC представляет собой соединение светло-серого цвета с металлическим блеском. Он химически инертен при комнатной температуре: плохо растворяется в кислотах, их смесях и некоторых щелочах в холодном и нагретом состояниях.

При высоких температурах (выше 2500°С) начинает реагировать с азотом. При взаимодействии с водородом обезуглероживается. Кроме того, окисляется углекислым газом при температурах выше 1200°С. Температура активного окисления карбида титана составляет 1100…1200°С.

Область температурной устойчивости TiC достигает 3140°С, он высокостоек в расплавленных легкоплавких металлах и металлах типа меди, алюминия, латунях, чугунах и сталях. Степень черноты карбида титана равна 0,9 (при длине волны 0,655 мкм).

Физические свойства карбида титана TiC
Молекулярная масса 59,9
Тип решетки Кубическая
Плотность, кг/м3 4930
Температура плавления, °С 3147±50
Температура кипения, °С 4305
Твердость по шкале Мооса 8-9
Средний ТКЛР в интервале 20-2700°С, α·106, град-1 9,6
Молярная теплоемкость при 20°С, кДж/(кмоль·град) 33,7
Удельная массовая теплоемкость при 25°С, Дж/(кг·град) 842
Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град) 34…39
Удельное электрическое сопротивление при 20°С, ρ·108, Ом·м 60

Карбиды вольфрама W2C и WC

Карбиды вольфрама W2C и WC представляют собой соединения серого цвета. Область температурной устойчивости для W2C составляет до 2750°С; для WC — до 2600°С. Тонкий порошок WC быстро окисляется на воздухе при 500…520°С. Температура начала окисления грубого порошка WC составляет 595°С. При 700°С изменение массы карбида вольфрама WC в результате часового окисления составляет 8,3 мг/(см2·ч).

При комнатной температуре порошок карбида вольфрама практически не растворяется в сильных концентрированных кислотах. Однако он почти полностью растворим в кипящих H2SO4 и HNO3. При температуре 940°С WC слабо взаимодействует с расплавом цинка.

Физические свойства карбидов вольфрама W2C, WC
Свойства/карбид W2C WC
Молекулярная масса 379,7 195,9
Тип решетки Гексагональная
Плотность, кг/м3 1720 1560
Температура плавления, °С 2730±15 2720
Температура кипения, °С 6000
Твердость по шкале Мооса 9-10 9
Средний ТКЛР в интервале 20-2000°С, α·106, град-1 5,8
Удельная массовая теплоемкость в интервале 0-100°С, Дж/(кг·град) 184
Молярная теплоемкость при 25°С, кДж/(кмоль·град) 36
Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град) 29,3 197

Карбид кальция CaC2

В таблице приведены физические свойства карбида кальция CaC2. По своим оптическим свойствам химически чистый карбид кальция — большие, почти бесцветные кристаллы с голубоватым оттенком. Технический CaC2 в зависимости от степени чистоты имеет серый, коричнево-желтый или черный цвет.

Предел температурной устойчивости для карбида кальция равен 2300°С. При температуре 20°С он полностью растворяется в воде (с выделением ацетилена) и концентрированной соляной кислоте.

Физические свойства карбида кальция CaC2
Молекулярная масса 64,1
Тип решетки Тетрагональная, кубическая
Плотность, кг/м3 2100
Температура плавления, °С 2300 (разлаг.)
Удельная массовая теплоемкость при 25°С, Дж/(кг·град) 960
Молярная теплоемкость при 25°С, кДж/(кмоль·град) 61,3

Карбид циркония ZrC

Карбид циркония представляет собой соединение серого цвета с металлическим блеском. Он химически инертен при комнатной температуре: плохо растворяется в концентрированных кислотах, их смесях и некоторых щелочах, как в холодном, так и нагретом состоянии. Карбид циркония нерастворим в воде, однако взаимодействует с азотом с образованием нитридов.

Температура активного окисления ZrC составляет 1100…1200°С, область температурной устойчивости — до 3530°С. Карбид циркония стоек в расплавах меди и медных сплавов, стали, чугуна и легкоплавких металлов.

Физические свойства карбида циркония ZrC
Молекулярная масса 103,2
Тип решетки Кубическая
Плотность, кг/м3 6730
Температура плавления, °С 3530
Температура кипения, °С 5100
Твердость по шкале Мооса 8-9
Средний ТКЛР в интервале 20-1100°С, α·106, град-1 6,74
Молярная теплоемкость при 20°С, кДж/(кмоль·град) 61,1
Удельная массовая теплоемкость при 25°С, Дж/(кг·град) 456
Коэффициент теплопроводности при 0°С, Вт/(м·град) 42
Удельное электрическое сопротивление при 20°С, ρ·108, Ом·м 50

Карбиды ниобия Nb2C и NbC

В таблице даны физические свойства карбидов ниобия Nb2C и NbC. Плотный карбид ниобия NbC имеет серовато-коричневый или бледно-лиловый металлический цвет. Порошок NbC имеет фиолетовый оттенок.

Карбиды ниобия при комнатной температуре химически инертны, обладают высокой химической стойкостью к действию кислот и их смесей даже в нагретом состоянии. Однако, они растворимы в смеси плавиковой и азотной кислоты.

При нагревании на воздухе NbC слегка обезуглероживается. До температуры 2500°С он устойчив в атмосфере азота. Температура активного окисления карбида ниобия составляет 900…1000°С. Область температурной устойчивости — до 3890°С. Он стоек в расплавах металлов (Cu, Al), имеет высокую твердость по шкале Мооса.

Физические свойства карбидов ниобия Nb2C и NbC
Свойства/карбид Nb2C NbC
Молекулярная масса 197,8 105
Тип решетки Гексагональная Кубическая
Плотность, кг/м3 7860 7560
Температура плавления, °С 2927 3480
Температура кипения, °С 4500
Твердость по шкале Мооса 9-10
Средний ТКЛР в интервале 20-1100°С, α·106, град-1 6,5
Удельная массовая теплоемкость при 20°С, Дж/(кг·град) 315 355
Молярная теплоемкость при 25°С, кДж/(кмоль·град) 30,36 37,35
Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град) 19
Удельное электрическое сопротивление при 20°С, ρ·108, Ом·м 55 46

Источники:

  1. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967. — 474 с.
  2. Кржижановский Р. Е., Штерн З. Ю. Теплофизические свойства неметаллических материалов (карбиды). Справочник. Л.: Энергия, 1976. — 120 с.
Читайте также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code

Подписаться, не комментируяВсе комментарии модерируются. Спам будет удален!