碳化铪粉体的应用潜力.docx

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1、碳化饴粉体的应用潜力错元素是材料人最熟悉的元素之一，是过渡金属元素的重要组成部分。错的化合物也被广泛应用在众多国计民生领域，受到广泛的重视。比如，错的 氧化物氧化错是重要的耐火材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂以及人工钻 的主要原料；结的碳化物碳化错则具有过渡金属碳化物的通用特点，如超 高的硬度、超高的熔点、很好的耐腐蚀性及机械稳定性和热稳定性，在硬质合 金、切削刀具和高温结构材料等方面有着很好的应用。在元素周期表上相邻的错和错元素周期表123192021KCaSc锌钙铳45678910112223242526272829TiVCrMnFeCoNiCu钛_-a铁镶.373839RbSrY福锯包40

2、Zr格414243* 44454647NbMoTcRuRhPdAg蜴福得力凭更锐555657-71CsBa 6LU铠领72Hf龄73747576777879TaWReOsIrPtAu坦铛袜福袜的金87* 88* 89-103104* 105* 106* 107* 108 109* 110* 111*Fr Ra AeLrRf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg彷镭彷钳镒键镂s铃目前，关于错的研究和应用已经逐渐成熟，因此材料行业开始将眼光转移 至它的同族元素“饴一一一种与错具有类似的性质与用途，但具有更大的硬 度和更高的熔点等性质的元素。它的碳化物碳化饴”同样也是一种典型的过 渡金属碳化物，

3、粉末灰色,立方系晶体，是已知单一化合物中熔点最高者，还 具有高达3890。C的熔点、高的硬度、较好的高温强度、优秀的耐腐蚀性和热 导率较低等优异特性。一、碳化饴的结构与性质碳化饴(HfC)是过渡元素Hf与C形成的一种非化学计量的碳化物 即HfC(0.5 l)o它的结构是NaCI型的面心立方结构，空间群是Fm3m ,其实验晶格 常数a=0.4641nm Hf原子构成立方晶格，C原子位于立方晶格的八面体间 隙。由于UHf共价键键能大，要破坏其结构非常困难,因此HfC宏观上表现 出超高硬度特性，其英式硬度为9M ,仅次于金刚石；又由于HfC晶体熔化时 必须破坏高度对称分布的原子键，然而破坏此键极其困

4、难，从而宏观上表现出 超高熔点的特性，且HfC的原子键的键能高达EA=87.2163kJmol z故HfC的熔点高达3890oCo碳化饴TEM图（图片来源：长玉特陶）碳化饴的嫡、热膨胀系数和等容热容与温度成正比相关关系，与压力成反 比相关关系，而其德拜温度则是随着压力的升高而降低，随着温度的升高而减 小。同时HfC还具有很好的耐冲击性能，碳化饴具体的基本性能可见下表。性能分类典型值晶体结构NaCl型面心立方空间群Fm3m熔点/七3890点阵常数（10,0m）4.641体积电阻率cm (2900 )195热膨胀系数（xlt）6.73弹性模量/GPa27.9莫氏硬度9M密度/ (gc)12.7二、

5、碳化蛤的应用潜力高熔点、高硬度、高温强度及耐腐蚀性优异这些特征让HfC在特种耐火 材料、高温结构材料、切削刀具以及航空航天等领域有着广泛的应用前景，以 下是几个代表应用。1、切削工具HfC的硬度很高（莫氏硬度为9M ） f仅次于金刚石,因此它可以作为硬 质合金的添加剂使用。这种复合后的硬质合金不仅耐磨性强、抗压强度高、硬 度高，而且化学稳定性良好，因而可广泛应用于耐磨、耐腐蚀的产品中，切削 刀具就是一个常见代表。另外HfC在切削刀具领域中，凭借这些优秀的性能还有另一种用法一“一枝独秀作为刀具涂层材料使用。据悉，HfC薄膜具有高的硬度、良好 的耐磨性能和优异的耐腐蚀性能，在刀具涂层有着极大的潜力

6、。2、发动机喷管喉衬碳碳(C/C)复合材料具有比其他材料优越的高温热物理和力学性能，目前是固 体火箭发动机喷管喉衬的首选材料。但是在发动机的运转过程中，C/C复合材 料的喉衬会因为热流的烧蚀而受到破坏，因而使得喷管的效率降低。但若将HfC引入(C/C )复合材料中便可提高其抗烧蚀性能一一除了 HfC本身优秀的强度和硬度可以提高复合材料的机械性能外，也因其在高温下，HfC会优先与氧气反应形成HfO2 ,并且较ZrC而言，HfC的抗氧化能力更强,氧 化生成的Zr02层也更为致密，从而阻止有氧气氛对复合材料中碳基体和碳纤 维的氧化，是C/C复合材料体系中重要的抗氧化烧蚀添加剂。3、泯轮转子涡轮转子是

7、用于制作航空、航天发动机的热端部件，又是工业燃气轮机、 能源、化工等工业部门所需的高温耐蚀材料。HfC具有高达3900。C的熔点、 超高的硬度、超强的耐磨性和优异的抗腐蚀性能，因此它的加入能够显著提高 涡轮转子结构件系列合金在高温下的强度和抗腐蚀能力。三、碳化铅的制备难度各种优异的性能让HfC具有广泛的应用前景，因而生产出性价比高的碳化饴纳米粉体就显得尤为重要。然而由于HfC的合成温度过高，制备成本较高，通过一般方法制得的HfC粉体质量较差，粒径以及纯度很难达到最优，自然 应用上也会受到影响。碳化铅SEM图在制备门槛如此之高的情况下，目前国内从事碳化饴的研发与生产的企业 并不多，上面提到的长玉

8、特陶就是其中之一。为了制备纯度高，粒径小的HfC 纳米粉体材料，长玉特陶采用了一种针对超细粉体优化的碳热还原法，经过独 特的原材料预处理和自行研制的专用设备，超细高纯粉体得以在可控压力和气 氛的真空中直接合成。具体的参数可看以下表格及图片。名称化学组成（wt.% ）碳化铃HfCC totalO maxN maxS max6.1-6.30.30.10.02粒径可根据用户要求提供（常备现货粒径为200-400nm和600-800nm ）1000.5 HfC Particle size/um403020 %IU3OUJV粒径分布及XRD图谱相比较于一般工艺，由长玉特陶生产的超细HfC粉体具有粒度分布窄、 流动性好、杂质含量少、烧结活性高的特点，为其推广应用打下了良好的基础。