一种无机材料-氮化锆

简介

氮化锆(ZrN)是一种难溶化合物，呈金黄色、分解温度高、化学稳定性好，具有很好的耐高温、耐腐蚀、耐磨性，主要应用于原子能工业反应堆保护层合金材料(也可提炼核级锆)、航天航空火箭发动机喷射口的耐高温合金材料、国防火炮导弹的合金材料，也是石油化工还原性氯化物反应器或容器的耐腐蚀材料。

国际上德国对此研究的比较早，二战期中断，后来俄罗斯和美国也开始研究，但由于一定的难度和技术要求没有在民用上发展，只用于航天和军工上，对外也没有公开，也没有文献发表,属于机密。1985年9月21日，日本三田村孝发明了专利，日本(JP)(昭60-186407)用二氧化锆粉末加金属镁通入氦气制得氮化锆，1986年9月15日日本中村美幸也发明了专利，(JP)(昭61-97112)是用金属锆通入氨气得到氮化锆。

以上氮化锆的研究属于小规模实验室研究产品，不具备工业化生产，也没有适用大规模和连续化生产的工艺技术，而且生产步骤多，需要耐高压设备，且涉及环保三废问题^[1]。

结构性质

在常压下，氮化锆是以面心立方(Face Centered Cubic，FCC)的构型形成晶体的，其空间群是Fm-3m，是一种严格意义上的氯化钠构型结构。通过氮化锆的晶体结构图，我们可以看出在整个面心立方晶胞中，有8个锆原子位于立方体的顶点处，6个锆原子位于立方体的面心处，有12 个氮原子位于立方体的棱上，有1个氮原子位于立方体的体心处，所以氮化锆的晶体中包含4个锆原子和4个氮原子。氮化锆的主要优点是高达23.5GPa的硬度以及良好的耐磨性。与同一副族的氮化钛相比，通过物理气相沉积制备的氮化锆涂层具有更好的耐磨性和更高的均匀性。除此之外，在第四副族的金属氮化物中，氮化锆的超导转变温度可以达到10K之多（氮化钛6.0K；氮化铪8.8K），这也进一步说明氮化锆晶体中是存在强的电子-声子相互作用的^[2]。

参考文献

[1]聂才淞. 氮化锆的研制浅述[J]. 铁合金,2014(6):13-14. DOI:10.16122/j.cnki.issn1001-1943.2014.06.004.

[2]陆为学. 氮化锆的结构和超导电性的应变调控研究[D]. 吉林:吉林大学,2021.