中文名 碳化铪

外文名Hafnium carbide

分子式CH4Hf

分子量194.5325

用途铪和碳的化合物为主要成分的陶瓷。碳化铪(HfC)理论密度12.7g/cm3，熔点3890℃，是已知单一化合物中熔点较高者。体积电阻率1.95＆＃215;10-4Ω＆＃183;cm(2900℃)，热膨胀系数6.73＆＃215;10-6/℃。通常用二氧化铪(HfO2)与碳在惰性或还原性气氛中合成粉末，反应温度1900～2300℃，用热压烧结法或热等静压法制出高密度陶瓷甜品。碳化铪能与许多化合物(如ZrC、TaC等)形成固溶体。如组分为HfC-4TaC的复合碳化物，其显微结构呈二相：一相为碳化铪-碳化钽的共晶体；另一相为外形比是50：1的针状的游离石墨相。这种＆＃8220;近共晶＆＃8221;碳化铪(HfC)制品具有良好热稳定性和高的熔点，可作火箭喷管的喉部材料。非常适用于火箭喷嘴,可作重返大气层宇宙火箭的鼻

锥部位.用于陶瓷等行业。3组成性质性质：密度12.7g/cm3，熔点3890℃，是已知单一化合物中熔点高者。体积电阻率1.95×10-4Ω·cm(2900℃)，热膨胀系数6.73×10-6/℃。通常用二氧化铪(HfO2)与碳在惰性或还原性气氛中合成粉末，反应温度1900～2300℃碳化铪能与许多化合物(如ZrC、TaC等)形成固溶体。具有高熔点和高弹性系数,良好的电热传导性,小的热膨胀和好的冲击性能.

4铪介绍在自然界中，铪常与锆共生，含锆的矿物中都含铪，铪与锆呈类质同像，铪主要赋存在锆英石中。工业上用的锆石中含HfO2量为0.5-2%。次生锆矿石中的铍锆石含HfO2可以高达15%。还有一种变质锆石曲晶石，含HfO2达5%以上。后两种矿物的储量少，工业上尚未

采用。铪主要由生产锆的过程中回收。铪的冶炼与锆基本相同，一般分五步。一步为矿石的分解，

有三种方法：

①锆石氯化得(Zr,Hf)Cl4。

②锆石的碱熔，锆石与NaOH在600℃左右熔融，有90%以上的(Zr,Hf)O2转变为Na2(Zr,Hf)O3，其中的SiO2变成Na2SiO3，用水溶除去。Na2(Zr,Hf)O3用HNO3溶解后可作锆铪分离的原液，但因含有SiO2胶体，给溶剂萃取分离造成困难。

③用K2SiF6烧结，水浸后得K2(Zr,Hf)F6溶液。溶液可以通过分步结晶分离锆铪。第二步为锆铪分离，可用盐酸-MIBK（甲基异丁基酮）系统和HNO3-TBP(磷酸三丁酯)系统的溶剂萃取分离方法。利用高压下(高于20大气压)HfCl4和ZrCl4熔体蒸气压的差异而

进行多级分馏的技术早有研究，可省去二次氯化过程，降低成本。但由于(Zr，Hf)Cl4和HCl的腐蚀问题，既不易找到合适的分馏柱材质，又会使ZrCl4和HfCl4质量降低，增加提纯费用。第三步为HfO2的二次氯化以制得还原用粗HfCl4。第四步为HfCl4的提纯和加镁还原。本过程与ZrCl4的提纯和还原相同，所得半成品为粗海绵铪。第五步为真空蒸馏粗海绵铪，以除去MgCl2和回收多余的金属镁，所得成品为海绵金属铪。如还原剂不用镁而用钠，则第五步改为水浸。海绵铪自坩埚中取出时要格外小心，以免自燃。大块海绵铪要破碎成一定尺寸的小块，以便压成自耗电极，再熔铸成锭。破碎时也应防止自燃。海绵铪的进一步提纯与钛和锆一样，用碘化物热分解法。控制条件与锆略有不同，在碘化罐四周的海绵铪小块,保持温度为600℃，而中心的热丝温度为1600℃，比制取锆的“结晶棒”时的1300℃为高。铪的加工成型包括锻造、挤压、拉管等步骤，与加工锆的方法一样。铪的主要用途是制作原子核反应堆的控制棒。纯铪具有可塑性、易加工、耐高温抗腐蚀，是原子能工业重要材料。铪的热中子捕获截面大，是较理想的中子吸收体，可作原子反应堆的控制棒和保护装置。铪粉可作火箭的推进器。在电器工业上可制造X射线管的阴极。铪的

合金可作火箭喷嘴和滑翔式重返大气层的飞行器的前沿保护层，Hf-Ta合金可制造工具钢及电阻材料。在耐热合金中铪用作添加元素，例如钨、钼、钽的合金中有的添加铪。HfC由于硬度和熔点高，可作硬质合金添加剂。4TaC·HfC的熔点约为4215℃，为已知的熔点较高的

化合物。

5合成方法

通常用二氧化铪与碳在惰性或还原性气氛中合成粉末，反应温度1900-2300℃，用热压烧结法或热等静压法制出高密度陶瓷甜品

主要特点主要特点：

超细碳化铪粉通过可变电流激光离子束气相法制备，粉体活性高，表面能大，广泛地应用到粉末冶金上面，碳化铪(HfC)=185.501，含碳6.47%，属于氯化钠型立方晶系的结晶，理论密度12.7g/cm3，熔点3890℃，是单一化合物中熔点较高者。体积电阻率1.95×10-4Ω·cm(2900℃)，

热膨胀系数6.73×10-6/℃。具有很高的弹性系数，良好的电、热传导性，很小的热膨胀系数和良好的耐冲击性能，超细碳化铪能与许多化合物(如ZrC、TaC等)形成固溶体。

应用领域：

1超细碳化铪粉适用于火箭喷管的喉部材料领域，也是重要的金属陶瓷材料；

2粉末冶金；

3高耐温结构件上面。

制作方法：烧结法，雾化法，溶液法（碳热还原法）（Hfc）=185.501,含碳6.47%，为灰色金属粉末，属于氯化钠型立方晶系的结晶，理论

密度12.7g/cm3,熔点3890c，是已知单一化合物中熔点较高者。热膨胀系数6.73*10-6c。具有很高的弹性系数，良好的电、热传导性，很小的热膨胀系数和良好的耐冲击性能，非常试用于火箭喷管材料领域，也是重要的金属陶瓷材料。本发明涉及一种一维碳化铪纳米材料的制备方法，其特征在于：配制浓度为0.05～2mol/L的Ni(NO3)2的乙醇或水溶液，将清洗干净的石墨基底放于溶液中浸泡、烘干；然后悬挂于立式的管式电阻炉内进行沉积，沉积结束后停止通入反应气体，关闭加热电源自然降温，制备出一维HfC纳米线、纳米带。本发明方法，利用CVD工艺可控的优点，可有效控制一维HfC纳米材料的形貌和尺寸，获得HfC纳米带和高纯、高性能的HfC纳米线。同时采用的CVD方法沉积温度较低，沉积压力处于低真空范围内，而且使用的催化剂为常见的催化剂化合物试剂，降低了制备高纯和高性能HfC纳米线的成本。一种一维碳化铪纳米材料的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1：配制浓度为0.05～2mol/L的Ni(NO3)2的乙醇溶液；步骤2：将清洗干净的石墨基底放于步骤1的溶液中浸泡

1h，使其然表面附有Ni(NO3)2，然后取出石墨基底放在40～55℃的干燥箱烘干；步骤3：将步骤2中表面附有Ni(NO3)2的石墨基底悬挂于立式的管式电阻炉内，抽真空至2kPa，然后通入惰性氩气作为保护气体，以5～10℃/min的升温速度将炉温升至1000～1200℃；步骤4：通入H2、HfCl4和CH4气体，控制H2、HfCl4和CH4的分压分别为0.84～0.98，0.08～0.01，0.08～0.01，HfCl4气体流量为80～140mg/min；步骤5：调节真空泵抽速，将CVD炉内的沉积压力控制在2kPa～30kPa；沉积时间为2～8h；步骤6：沉积结束后停止通入反应气体，关闭加热电源自然降温，制备出一维HfC纳米线、纳米带。二氧化铪(HfO₂)是一种具有宽带隙和高介电常数的陶瓷材料，近来在工业界特别是微电子领域被引起极度的关注，由于它最可能替代目前硅基集成电路的核心器件金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的栅极绝缘层二氧化硅(SiO₂)，以解决目前MOSFET中传统SiO₂/Si结构的发展的尺寸极限问题。

密度：9.68g/cm3

熔点：2850℃

摩尔质量：210.49 g/mol

CAS号：12055-23-1

蒸发压力：在2678℃时1Pa；在2875℃时10Pa

线膨胀系数：5.6×10-6/K

溶解度：不溶解于水纯度:99.99

薄膜特性：透光范围～220～12000nm；折射率（250nm）～2.15（500nm）～2

蒸发条件：用电子枪，氧分压～1～2×10-2Pa。蒸发温度～2600～2800℃，基片温度～

250℃，蒸发速率2nm/s

应用领域:UV增透膜，干涉膜白色粉末，有单斜、四方和立方三种晶体结构。密度分别为10.3，10.1和10.43g/cm3。

熔点2780～2920K。沸点5400K。热膨胀系数5.8×10-6/℃。不溶于水、盐酸和硝酸，

可溶于浓硫酸和氟氢酸。由硫酸铪、氯氧化铪等化合物热分解或水解制取。为生产金属铪和

铪合金的原料。用作耐火材料、抗放射性涂料和催化剂。

在1atm下的熔点单质中熔点较高的金属是钨,达到3410℃；非金属是碳（石墨,金刚石略低,3550℃）3850℃已知的熔点较高的物质是铪合金（Ta4HfC5),高达4215℃.20% HfC和80%TaC合金是已知物质中熔点较高的4400℃4份碳化钽和1份碳化铪的混合和其熔点高达4215℃,因而可作喷气发动机和导弹上的结构材料。金属型碳化物,尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属碳化物的熔点都在3273K以上,其中碳化铪、

碳化钽分别为4160K和4150K,是当前所知道的物质中熔点较高的.大多数碳化物的硬度很大,它们的显微硬度大于1800kg·mm2（显微硬度是硬度表示方法之一,多用于硬质合金和硬质化合物,显微硬度1800kg·mm2相当于莫氏一金刚石一硬度9）.许多碳化物高温下不易分解,抗氧化能力比其组分金属强.江南体育app下载苹果手机在所有碳化物中热稳定性较好,是一种非常重要的金属型碳化物.然而,在氧化气氛中,所有碳化物高温下都容易被氧化,可以说这碳化物的一大弱点.热压烧结法是高温压结成型的金刚石钻头制造方法。具体过程是把骨架金属和粘结金属都制成粉末，按一定的比例在球磨机中充分混合，在胎体料的工作层中混入一定浓度的会刚石，分层装入石聚模中；把钻头钢体置于胎体料卜部，然后加温约1000℃,至一定时间后进

行加压(10～15兆帕)而成型为金刚石钻头。加温方式有电阻炉、中频感应电炉等方法；加压主要用压机或千斤顶。热压烧结法制造金刚石钻头的主要优点是因钻头在石墨模具内成型，因此成型好，规格尺寸能满足设计要求；烧结温度较低，烧结时间短，对金刚石本身质量损害较小；不需专门保护气体，设备简单；生产周期短。缺点是成批生产的连续性差，钻头质量不易保持稳定。

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作者：杨衍顺

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