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碳化铪粉,HfC

碳化铪粉,HfC

  • 所属分类:氢氟酸处理钛锆铪等
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  • 发布日期:2022-12-24 15:34:29
  • 产品概述
  • 性能特点
  • 技术参数








碳化铪 中文-水印 2020.09_00.png

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 中文名称:碳化铪
分子式:HfC
外观:灰黑色粉末
CAS:12069-85-1
EINECS:235-114-1
分子量:190.5325
熔点:3890℃
理论密度:12.7g/cm3
热导率:6.28〔W(m·K)-1〕(20℃)
体积电阻率:1.95×10-4Ω·cm(2900℃)
热膨胀系数:6.73×10-6/℃
电阻率:为40~50/μΩ·cm,
弹性模量:35.9×103MPa
耐压强度:1380MPa
性质:碳化铪是一种无机物,其可溶于氢氟酸、热的浓硫酸和硝酸。属于非金属碳化物,它的结构为NaCl型面心立方结构,是一种亚稳态结构,这种非化学计量比的碳化物中表现出有游离碳的存在,即HfCx(0.5<x<1),其中Hf原子形成紧密的立方晶格,C原子处于晶格的八面体间隙位置。在具有这类结构的化合物中,同时存在着金属键和共价键,原子间结合特别牢固。由于C-Hf共价键键能大,要破坏其结构非常困难,因此宏观上表现出超高硬度特性,其莫式硬度为9,仅次于金刚石。由于HfC晶体熔化时必须破坏高度对称分布的原子键,然而破坏此键极其的困难,碳化铪的原子键的键能高达EA=87.2163KJ/mol,从而宏观上表现出超高熔点的特性,且碳化铪的熔点高达3890℃。因此它们往往具有高强度、高硬度和高熔点等优异性能。
制备方法:直接碳化法、镁热还原法、碳热还原法、液相先驱体转化法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、放电等离子体烧结法等。通常用二氧化铪与碳在惰性或还原性气氛中合成粉末,反应温度1900-2300℃。
用途:
1)碳化铪可以作为添加剂,在炼钢工业中充当脱氧剂,能够大幅度提高钢材质量。
2)碳化铪可以作为高熔点金属熔炼坩埚的内衬,还可以应用于刀具涂层材料。
3)碳化铪是制作原子核反应堆的控制棒和保护装置的重要功能材料,是原子能工业重要材料。
4)碳化铪可以应用于电子和光学领域,用作热光辐照计、场发射器件等,在电器工业上是制造X射线管、微波管的阴极材料。
5)碳化铪可作火箭的推进器,用于火箭喷嘴、火箭喷管、火箭鼻锥部位,含碳化铪的合金可用作于火箭喷嘴和滑翔式飞行器的前沿保护层。
产品应用案例:
1、HfC碳化铪粉末材料作为添加剂添加到固体火箭发动机喉衬材料由于碳/碳复合材料具有比其他材料优越的高温热物理和力学性能,是固体火箭发动机喷管喉衬材料。在发动机工作过程中,碳/碳复合材料喉衬在恶劣的热环境下,内型面因受到高温、高压、高速且含有侵蚀性粒子的热流冲刷烧蚀会遭到破坏,表现为喉径扩大、表面粗糙不平、型面不规整等,从而影响到发动机工作压强,导致喷管效率降低。某型号武器系统喷管喉衬炭基体加入8%-10%的HfC碳化铪粉末材料时,HfC-C/C复合材料的抗烧蚀性能可得到很大的改善。HfC碳化铪粉末材料对HfC-C/C复合材料喉衬烧蚀抗力的贡献主要有两方面:
(1)、由于在3500℃烧蚀温度下,HfC碳化铪粉末材料在高温烧蚀过程中优先与氧气反应形成HfO2,有效地阻止了有氧气氛对复合材料中碳基体和碳纤维的氧化;
(2)、由于HfC碳化铪粉末材料具有很高的强度和硬度,又有效地提高了材料整体的抗机械磨蚀、冲刷性能,使得燃气对喉衬内型面的机械剥蚀得到有效抑制。显然,HfC-C/C复合材料的抗烧蚀性能随HfC含量的增加而提高,实验结果表明,当HfC含量达到8%-10%以后,HfC-C/C复合材料喉衬的线烧蚀率会出现近似恒定的稳定烧蚀阶段,在固体火箭发动机试车条件下,HfC-C/C复合材料整体喉衬具有良好的抗烧蚀性能。
2、1原子的碳化铪和4原子的碳化钽,组成的碳化钽铪的复式碳化物4TaC·HfC,通过采用激光的加热技术来测试4TaC·HfC的耐热能力,熔点达到了4215摄氏度。是一种熔点很高的复合材料化合物和耐火陶瓷材料,美国某研究机构应用于高速飞行器的热防护系统上面,对热具有很强的抵抗能力,能够承受和抵御恶劣的高温环境,还可以作为核反应堆中过热环境的燃料包壳。空气摩擦导致的热包括当超音速行驶超过5马赫的时候,将产生非常高的温度。由于4TaC·HfC材料能够承受和抵御恶劣的高温环境,为下一代的超音速飞行器的发展铺平道路,这个材料意味着新型宇航器可能会有比以往更快的速度。4TaC·HfC材料应用在超音速飞行器、飞行器机头,在飞行过程中须承受大摩擦的外部部件边缘等方面,使得行驶速度超过5马赫的飞行器载人成为可能。
3、HfC碳化铪粉末材料是制作原子核反应堆的控制棒和保护装置的重要功能材料,是原子能工业重要材料,可作火箭的推进器,特别适用于火箭喷嘴、火箭喷管的喉部材料领域、重返大气层宇宙火箭的鼻锥部位。含碳化铪的合金可作火箭喷嘴和滑翔式重返大气层的飞行器的前沿保护层。
4、HfC碳化铪粉末材料由于硬度和熔点高,作为添加剂,应用于硬质合金切削工具、金属陶瓷切削工具、粉末冶金制品、高温结构件材料、耐高温喷涂材料;添加碳化铪的Hf-Ta合金可制造工具钢及电阻材料;在耐热合金中添加碳化铪,例如钨、钼、钽的合金中有的添加碳化铪,可以提高材料的硬度、强度、抗烧蚀性能和耐高温性能;
5、HfC碳化铪粉末材料由于高熔点,作为添加剂应用在炼钢工业中作脱氧剂,可以大幅度提高钢材质量;在电器工业上是制造X射线管、微波管的阴极材料。

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