碳化物、氮化物和硼化物

1、1初教院初教院 小教理小教理11-2班班 柴叶君柴叶君2四、碳化物、氮化物和硼化物内容简介本节课学习内容本节课学习内容包括包括: 碳化物碳化物 氮化物氮化物 硼化硼化物物 人民教育出版社出版人民教育出版社出版 大学本科小学教育专业教材大学本科小学教育专业教材P287P2893 半径较小的碳原子、氮原子和硼原子会进入到过渡金属晶体的间隙中 （1）当碳、氮、硼的含量小于过渡金属溶解度时会形成金属固溶物，原金属晶格不发生变化； （2）当碳、氮、硼的含量大于过渡金属溶解度时则会形成金属化合物（或间隙化合物），原金属晶格也就发生了变化。总结：原子半径大于130pm的过渡金属才能与碳氮硼形成间隙化合物，其

2、共同特点是：不透明，有金属光泽，熔点极高，硬度大，能导电、导热且有化学惰性，但比较脆。4碳化物性质5如何划分硬度 除金刚石硬度为十莫氏硬度外，其它硬质金属、硬质合金或硬质化合物常用显微硬度表示，两者关系如下表：6碳化物种类很多，碳与过渡金属、种类很多，碳与过渡金属、碱土类元素、非金属元素和碱土类元素、非金属元素和稀土元素反应生成碳化物。稀土元素反应生成碳化物。合成方法：合成方法：1）金属与碳粉）金属与碳粉直接化合；直接化合；2）金属与碳气）金属与碳气体作用；体作用；3）碳和金属氧化）碳和金属氧化物作用。物作用。代表物：碳化硅（代表物：碳化硅（SiC），），碳化钛（碳化钛（TiC）陶陶 瓷瓷7碳

3、化物碳化硅 碳化硅的性质碳化硅的性质: SiC有两种晶型：有两种晶型： SiC 和和 SiC。 SiC真密度为真密度为3.21g/cm3 和和 SiC真密度为真密度为3.22g/cm3。热膨胀系数。热膨胀系数2.34 10-6/ C。碳碳化硅高于化硅高于2400 C开始分解为蒸气和开始分解为蒸气和C。 碳化硅的化学稳定性好，碳化硅的化学稳定性好，耐酸侵蚀性强。耐酸侵蚀性强。1000 C开始氧化，开始氧化，1700 C迅速分解。迅速分解。 用用途途：磨料，耐火材料。：磨料，耐火材料。8碳化物碳化钛碳化钛的性质：碳化钛的性质： 是所有碳化物中性能最好的一种，高熔点，是所有碳化物中性能最好的一种，高

4、熔点，高抗氧化性，密度小，硬度高。高抗氧化性，密度小，硬度高。密度为密度为4.93g/cm3,熔点熔点3107，热膨胀系数，热膨胀系数7.710-6 -1（20-1000 ），热导率），热导率24.3W/m ，电阻率，电阻率58106欧姆每厘米，欧姆每厘米，耐压强度耐压强度1352Mpa。用用途途：金属陶瓷，火箭零件，燃气轮机叶片，：金属陶瓷，火箭零件，燃气轮机叶片， 热电偶保护管（热电偶保护管（2500 ，还原或惰性气氛，还原或惰性气氛中）。中）。9氮化物元素周期表中元素周期表中、族金属元素的氮化物族金属元素的氮化物熔点高，硬度大熔点高，硬度大，但，但 族（族（Cr、Mo、W）的）的氮化物氮

5、化物在在1500 以上的分解压较高，不宜作以上的分解压较高，不宜作耐火材料，与此相反，耐火材料，与此相反，B、Be、Si及及La、Ac系的元素可制成稳定的高熔点氮化物系的元素可制成稳定的高熔点氮化物。代表物：代表物：BN和和Si3N4。10氮化物氮化硼氮化硼（氮化硼（BN）制品：立方和六方晶系两种。立方）制品：立方和六方晶系两种。立方氮化硼氮化硼硬度大硬度大，六方氮化硼构造类似石墨，可作耐，六方氮化硼构造类似石墨，可作耐热润滑剂。热润滑剂。熔点高（熔点高（3000）,硬度高，良好的硬度高，良好的电绝缘性，良好的热震稳定性电绝缘性，良好的热震稳定性 。合成方法：合成方法： 1）硼砂（）硼砂（Na

6、2B4O7）+氯化铵（氯化铵（NH4Cl）在氨）在氨气下反应合成；气下反应合成； 2）BCl3和氨气的混合气体在和氨气的混合气体在1600-1900 高高温下合成；温下合成； 3）用硼酸与白垩混合加热制块，粉碎后与）用硼酸与白垩混合加热制块，粉碎后与 NH4Cl配料，在配料，在NH3介质中合成；介质中合成； 4）硼粉在高温下与氮气反应。）硼粉在高温下与氮气反应。 用途用途：熔炼贵金属的坩埚，高温热电偶保护管等。：熔炼贵金属的坩埚，高温热电偶保护管等。11氮化物氮化硅氮化硅制品：氮化硅制品： Si3N4 和和 Si3N4两种，均属两种，均属六方晶系。氮化硅六方晶系。氮化硅硬度大，热膨胀系数小，热

7、震硬度大，热膨胀系数小，热震稳定性好，化学性质稳定，耐各种熔融金属的侵稳定性好，化学性质稳定，耐各种熔融金属的侵蚀，抗氧化性好（蚀，抗氧化性好（1200 ）。合成方法：合成方法： 1）硅粉在氮或氨气中加热到）硅粉在氮或氨气中加热到1200 1450 反应合成；（反应合成；（ Si3N4 ） 2）还原、氮化）还原、氮化SiO2原料，在氮气中加热反应原料，在氮气中加热反应合成。合成。 （ Si3N4）用途用途：熔炼坩埚，陶瓷发动机叶片、高温轴承、切：熔炼坩埚，陶瓷发动机叶片、高温轴承、切削工具等。削工具等。12硼化物高熔点金属的硼化物一般具有高熔点金属的硼化物一般具有20003000 的的高熔点，

8、电阻低，强度高，难发挥，稳定性高熔点，电阻低，强度高，难发挥，稳定性高，高温下易氧化高，高温下易氧化，必须在中性或还原性气氛，必须在中性或还原性气氛中使用。是中使用。是真空中唯一可以使用到真空中唯一可以使用到2500 以以上的耐高温材料上的耐高温材料。耐火原料：耐火原料：ZrB、TiB2等。等。代表物：硼化锆。代表物：硼化锆。13硼化物硼化锆硼化锆制品：在硼化锆制品：在Zr-B系统中存在三个硼化物，即系统中存在三个硼化物，即ZrB，ZrB2和和ZrB12，其中，其中ZrB2是在很宽的温度是在很宽的温度范围内最稳定的化合物范围内最稳定的化合物。ZrB2合成：合成： 1） 3ZrO2+B4C+8C+B2O3 = 3ZrB2+9CO 2） Zr(OH)2+B(氢气中还原氢气中还原BCl3)=ZrB2+H2O用途