金属碳化物
发布时间:2022-03-02 16:52:39 点击次数:11 文章作者:
——碳是弱非金属,很难得到4个电子形成C4-离子,即使是和最强的。是在电弧炉中用焦炭和石灰(CaO)反应而生成的。由于CaC2熔化后可以导电,因而证明在CaC2中存在着离子。乙炔曾经是有机合成的主要原料之一。过渡金属和碳形成的金属型碳化物,不仅在合金相中很重要,而且因为它们本身具有特殊的机械性能也使其成为一类功能材料。当碳原子被金属接纳时(当然要在足够的高温下或熔融金属中),在过渡金属的晶格中起初只能容身于晶格的空隙之中,即形成间隙式固溶体,金属原子在晶格中的排列方式基本不变。但当碳原子含量达到一定的限度后,晶体结构将发生变化,形成新的碳化物相,人们称它们为间隙化合物。其实这时的“间隙”二字只反映了物相形成前的“历史”,并不表示碳化物晶体结构的基本特征。重要的是,间隙固溶体和间隙化合物都会使基体金属的某些机械或化学性质发生改变,这种改变是很容易理解的。我们已经学过的金属型晶体结构虽然比较粗略,但是利用这种简略的模型,可以解释上述的现象。金属晶体可以看成是金属的离子排列在由它们所提供的价电子所形成的电子氛中,因此它具有延展性和韧性。当在金属原子的间隙里填进一些碳原子之后,就像在两块平滑的玻璃板之间洒上一些细砂一样,会增加它们之间相互滑动时的摩擦力。由此可以想到,当碳原子插在晶格的间隙里以后,金属原子的滑移一定会受到阻碍,这等于提高了金属基体的硬度和脆性。如果形成间隙化合物,这种影响就更明显,因为晶格结构和组成都有了质的变化。有趣的是,金属型碳化物的组成改变时,如碳化钛中的碳与钛的比例可变(一般用TiC0.47-1.0来表示),它们的导电性等性质则是组成比的“函数”,随组成比改变而改变。人们已经发现碳化钛(TiC)在1.15K以下具有超导性,但没有实用价值。金属碳化物不仅硬度高于组成中的金属,熔点也比原来的金属高。金属型碳化物的熔点普遍高于纯金属,硬度则在莫氏(Mohs)硬度中8至10的范围内(在莫氏硬度中达到这个硬度的代表性矿物是:黄玉8,刚玉9,金刚石10)。金属碳化物是一种金属源与一种碳源在适于制备反应产物的条件下进行反应生成的。该反应产物可以包含完全渗碳的一金属碳化物和过量的碳,或者一种包含部分渗碳的一金属碳化物、存在或不存在过量碳的中间产物。然后可以在控制的去除或加入步骤中调节反应产物中的碳含量来制备产物--具有接近化学计量碳的完全渗碳的一金属碳化物。