碳化锆

高温结构材料碳化锆化学式ZrC,是一种重要的高强度、耐腐蚀和化学稳定性好的高温结构材料,外观为灰黑色有金属光泽的立方系晶体，其熔点高达3540℃，沸点5100℃，相对密度6.73。不溶于冷水、盐酸，可溶于氧化性酸、王水和氢氟酸，易溶于熔融苛性碱。虽至红热及遇水也不分解，红热时在氧中燃烧，细粉末易引起火花，也易和氯、溴、碘和氮作用，生成卤化物或氮化物。采用碳还原二氧化锆得到ZrC粉,然后经成型、烧结而制成ZrC陶瓷,可用作电极、耐火坩埚和阴极电子发射材料。采用海绵锆碘化法、海绵锆氯化法、海绵锆溴化法和四氯化锆粉末法可以制备出ZrC镀层。选取不同的工艺条件可得到不同性能的ZrC镀层,低密度的疏松ZrC镀层抗热应力和绝热性能良好,可用作绝热材料；高密度的致密ZrC镀层抗渗透性能良好,可用作保护镀层。从1970年代起,美国、德国和日本等各国科学家就先后开展了ZrC镀层的制备和辐照性能的研究工作。ZrC镀层正在被深入地研究,并在航空、航天和原子能工业中得到了广泛的应用。在原子能工业中,高温气冷堆包覆燃料颗粒通常采用SiC镀层,但是SiC镀层在1700℃以上发生热分解和从β-SiC变为α-SiC的相转变,机械性能会很快下降;为了进一步发展和开发利用高温气冷反应堆,采用ZrC镀层替代传统的SiC镀层制备新型的包覆燃料颗粒。而ZrC镀层的中子吸收截面低和阻挡放射性裂变产物释放的能力强,在1600℃时137Cs在ZrC镀层中扩散系数比在SiC镀层中的扩散系数低2个数量级。这种用ZrC镀层制备出来的包覆燃料颗粒性能优良,可在更高温度条件下应用。