碳化物、氮化物和硼化物范例.ppt

第六章 元素和某些无机化合物 第三节 非金属及其某些化合物 初教院 小教理 11-2班 柴叶君 四、碳化物、氮化物和硼化物内容简介 本节课学习内容包括: 碳化物 氮化物 硼化物 人民教育出版社出版 大学本科小学教育专业教材P287~P289 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。 碳化物性质 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： 莫氏硬度 7 8 9 10 显微硬度（㎏·㎜-2） 820 1340 1800 7000 碳化物 种类很多，碳与过渡金属、碱土类元素、非金属元素和稀土元素反应生成碳化物。 合成方法：1）金属与碳粉直接化合；2）金属与碳气体作用；3）碳和金属氧化物作用。 代表物：碳化硅（SiC），碳化钛（TiC） 陶 瓷 碳化物—碳化硅 碳化硅的性质: SiC有两种晶型：?－SiC 和?－SiC。?－SiC真密度为3.21g/cm3 和?－SiC真密度为3.22g/cm3。热膨胀系数2.34?10-6/?C。碳化硅高于2400?C开始分解为蒸气和C。 碳化硅的化学稳定性好，耐酸侵蚀性强。1000 ?C开始氧化，1700 ?C迅速分解。 用途：磨料，耐火材料。 碳化物—碳化钛 碳化钛的性质： 是所有碳化物中性能最好的一种，高熔点，高抗氧化性，密度小，硬度高。密度为4.93g/cm3,熔点3107℃，热膨胀系数7.7×10-6 ℃-1（20-1000 ℃），热导率24.3W/m ℃，电阻率58×106欧姆每厘米，耐压强度1352Mpa。 用途：金属陶瓷，火箭零件，燃气轮机叶片， 热电偶保护管（2500 ℃，还原或惰性气氛中）。 氮化物 元素周期表中Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族金属元素的氮化物熔点高，硬度大，但 Ⅵ族（Cr、Mo、W）的氮化物在1500 ℃以上的分解压较高，不宜作耐火材料，与此相反，B、Be、Si及La、Ac系的元素可制成稳定的高熔点氮化物。 代表物：BN和Si3N4。 氮化物—氮化硼 氮化硼（BN）制品：立方和六方晶系两种。立方氮化硼硬度大，六方氮化硼构造类似石墨，可作耐热润滑剂。熔点高（3000℃）,硬度高，良好的电绝缘性，良好的热震稳定性 。 合成方法： 1）硼砂（Na2B4O7）+氯化铵（NH4Cl）在氨气下反应合成； 2）BCl3和氨气的混合气体在1600-1900℃ 高温下合成； 3）用硼酸与白垩混合加热制块，粉碎后与 NH4Cl配料，在NH3介质中合成； 4）硼粉在高温下与氮气反应。 用途：熔炼贵金属的坩埚，高温热电偶保护管等。 氮化物—氮化硅 氮化硅制品： ?－Si3N4 和?－Si3N4两种，均属六方晶系。氮化硅硬度大，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蚀，抗氧化性好（1200 ℃）。 合成方法： 1）硅粉在氮或氨气中加热到1200 ℃ ~1450 ℃ 反应合成；（ ?－Si3N4 ） 2）还原、氮化SiO2原料，在氮气中加热反应合成。 （ ?－Si3N4） 用途：熔炼坩埚，陶瓷发动机叶片、高温轴承、切削工具等。 硼化物 高熔点金属的硼化物一般具有2000~3000 ℃的高熔点，电阻低，强度高，难发挥，稳定性高，高温下易氧化，必须在中性或还原性气氛中使用。是真空中唯一可以使用到2500 ℃以上的耐高温材料。 耐火原料：ZrB、TiB2等。 代表物：硼化锆。 硼化物—硼化锆 硼化锆制品：在Zr-B系统中存在三个硼化物，即ZrB，ZrB2和ZrB12，其中ZrB2是在很宽的温度范围内最稳定的化合物。 ZrB2合成： 1） 3ZrO2+B4C+8C+B2O3 = 3ZrB2+9CO 2） Zr(OH)2+B(氢气中还原BCl3)=ZrB2+H2O 用途：高温热电偶套管，电极材料，坩埚，火箭喷嘴等。 小 结 碳化物、氮化物和硼化物对于钢件表面处理有重要意义。把N、B、C等渗入低碳钢的表面层，能增强其硬度和抗腐蚀的性能，而其内部仍保持可塑性和韧性。