第23章无机化合物合成实例分解.ppt

第23章 无机化合物合成实例 （2）金色氮化钛涂层 目前，在日用陶瓷和艺术陶瓷上采用CVD法在陶瓷的表面沉积氮化钛 涂层，不公具有耐磨性，而且还有金色光泽的装饰效果，由此，可以 替代和节约昂贵的黄金。 化学气相沉积法（CVD法），是以氮气作为氮的来源，其反应式见 表5.8。当以氨气为氮的来源时，其反应式如下 TiCl4+NH3+1/2H2=TiN+4HCl 沉积TiN的色泽和粘着的牢固程度与TiCl4和N2的流量、温度等有密切 的关系，但只要将沉积温度控制在800~850℃，各气体流量尽可能小些， 基体表面处理适宜，可以在陶瓷表面获得金色TiN涂层。 1)各类碳化物是一种最耐高温的材料，种类很多，其分类如下 （1）类金属碳化物 类金属碳化物根据结构可分为两类，一类是间隙 相的金属碳化物，如TiC、ZrC、HfC、VC、NbC和TaC等；另一类是 连续的金属碳化物，如WC、MoC（六方晶格），Cr23C6、Mo23C6 （立方晶格）和Fe3W3C、Cr3C2、Cr7C3和Mn7C3等。 （2）非金属碳化物 这类碳化物常见的有B4C、SiC等。 5.2.3 碳化物陶瓷 2）碳化物性质 （1）高熔点 碳化物是一种最耐高温的材料，很多碳化物的软化点都在 3000℃以上。如最简单的碳化物中TaC和HfC的熔点最高，分别 是3877℃和3887℃；复杂碳化物4TaC·ZrC和4TaC·HfC的熔点分别 是3932℃和3942℃。 （2）抗氧化能力高 大多数碳化物都比碳和石墨具有较高的抗氧化能力。 （3）良好的导电性及导热率 （4）硬度高 很多碳化物有较高的硬度，如碳化硼是仅次于金刚石的 最硬材料，碳化硅、碳化钛、碳化钨也都有很高的硬度。 （5）良好的化学稳定性 许多碳化物在常温下不与酸反应，个别金属 碳化物即使在加热时也不与酸作用，最稳定的碳化物甚至不受 硝酸与氢氟酸混合酸的强烈侵蚀。根据与酸或混合酸的反应情况， 过渡金属碳化物的稳定性大小是: TaCNbCW2C WC TiC ZrC HfC Mo2C 3）碳化物的制备方法 （1）用固体碳碳化金属或氧化物粉末 第一种方法是将金属氧化物与 炭黑混合后，在电炉（石墨管状电阻炉或真空炉）内加热到2000~2500℃。 钛、锆、铪的碳化物，常用真空炉生产，碳化铌、碳化铬是在石墨电阻炉 内在氢气气氛下制得的。第二种方法是利用金属与碳直接化合。如用此法 可制备碳化钨和碳化钼，反应温度因碳化物的种类不同而异，但都在1200 ~2200℃范围内。实践中应尽可能采用较低的温度，以避免不必要的晶粒 长大。一般应用氢气、一氧化碳、甲烷及这些气体的混合物作为保护气体 来制备碳化钨和碳化钼。 （2）用含碳气体碳化金属或氧化物 这种方法是根据在碳管炉内用固体碳 碳化金属（或氧化物）时，在气相中也发生碳化作用的原理，如 反应中重要的是使碳氢化合物的分压能保证游离碳与金属化合，防止碳以 石墨或剩余炭黑状析出，使反应中断。 （3）气相沉积碳化物 这个方法可制取纯度更高的难熔碳化物，整个过程是 金属卤化物、一氧化碳和碳氢化合物或氢的气体混合物的同时分解与相互 作用。反应是在难熔金属丝（W、Pt、Ti、Mo、Ta……）或碳丝的炽热表面 上进行，形成的碳化物沉积于丝的表面上。由于条件不同，炽热丝上形成的 碳化物有时为致密的结晶碳化物有时为单晶体。 4）碳化硅陶瓷 （1）概述 碳化硅为共价键化合物。碳化硅晶体结构中的单位晶胞是由相同 四面体构成的，硅原子处于中心，周围为碳原子，所有结构均由 SiC四机体堆积而成，所不同的只是平等结合或都反平等结合。 最常见的SiC晶型有α-、6H-、15R-、4H-、和 β-SiC 型。H和R 代表六方或斜方六面型，H和R之前的数字表示沿c轴重复周期数。 这几种晶型中最主要的是 α- 型 和 β- 型两种。α-SiC为高温 稳定型，β-SiC 为低温稳定型。β-SiC 、向α-SiC转变的温度 始于2100℃，但转变速率很小。在0.1MPa压力下分解温度为 2380℃，不存在熔点。 （2）碳化硅的制备 碳化硅的制备方法很多，简述如下 1、碳热还原法 SiO2+C===SiO+CO(中间反应 ) SiO(s)+C(s)===Si(g)+CO(g) Si(g)+ C(s)===SiC(s) 2、气相沉积法 此法是由金属卤化物和碳氢化物及氢气，在发生 分解的同时，相互反应生成SiC。这种方法可以制备高纯度的SiC 粉，也可以产和涂层薄膜，其反应通式如下 在氢气存在下，用三氯甲硅烷沉积SiC的反应式为