炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)の概要と特性

炭化ジルコニウムの概要と特性

炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)は、切削工具用工具ビットに商業的に使用される非常に硬い耐火セラミック材料です。一般的に、焼結処理されます。焼結処理された炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)は、高温耐酸化性、高強度、高硬度、優れた熱伝導率を持っています。

また、炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)ナノ粉末は可視光の吸収率が高く赤外線反射率が優れており、大きなエネルギー貯蔵特性を有しています。炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)は、高融点、優れた硬度、高強度、電気伝導度のような特性がある遷移金属炭化物(Carbide)です。

これらの特性が、炭化ジルコニウム、(Zirconium carbide)を有用なエンジニアリングセラミックスとして作りあげます。他の炭化物(Carbide)と同様に二酸化炭素と酸化ジルコニウム(Zirconium Oxide)による酸化は、酸化環境で炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)の使用を制限します。

商業的に実行可能な焼結工程がないため、エンジニアリングアプリケーションの分野で炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)の使用が制限されています。 1900°Cから2300°Cまでの温度範囲で、高温圧縮された粉末は93％以上の密度を達成することができます。

二ホウ消化ジルコニウム(Zirconium diboride)のような添加剤は焼結工程を向上させ、約2100°Cで2時間、低多孔性レベルの炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)を生成します。炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)コーティングは、化学的気相蒸着(CVD)と物理蒸着(PVD)の2つの方法を使用して蒸着することができます。

炭化ジルコニウムの用途

ハフニウム(Hafnium)がない炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)と炭化ニオブ(Niobium carbide)は、原子炉から耐火コーティング剤として使用することができます。中性子吸収断面積が低く、照射する時に損傷感度が弱くなります。そのため、二酸化ウラン(Uranium dioxide)と二酸化トリウム(Thorium dioxide)粒子のコーティングに使用されます。

コーティングは、一般的に流動層反応器及び熱化学気相蒸着によって堆積されます。また、高温で高放射率と高電流容量を持って熱光電池のラジエーターと電界放出素子(Field Emitters)ヒントの材料として利用されます。また、研磨剤、被覆(cladding)、サーメット(cermet)、白熱フィラメントや切削工具としても使用されます。

電界放出素子(Field Emitters)

電界放出アレイは、平面のビデオディスプレ、船電荷分散装置そしてマイクロ波装置に使用することができます。ディスプレイ・アプリケーションと比較すると、多くの有望なアプリケーションはチップ１あたりに高い電流と真空状態で動作することができる能力を必要とします。また、遷移金属炭化物(Carbide)は物性要求を満たし蒸着を経て製造されました。

UO2粒子燃料コーテイング

高温ガス冷却炉に使われる燃料は、炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)コーティングのUO2粒子燃料です。セシウム(Cesium)のような金属核分裂生成物の場合、層は拡散バリアとして機能します。

より頻繁に使用される炭化ケイ素(Silicon carbide)は炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)に置き換えることができます。 CVDプロセスは、核分裂生成物とUO2そして互換性のある炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)層を蒸着するために使用されます。また、炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)層は、高温で大きな変形に耐えることができます。

超高温アプリケーション

炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)は熱衝撃抵抗性に優れ、融点が高く、固体状態で相変化がありません。これらの側面は超高温の用途に適しています。 2200°C〜3000°Cで動作する部品は、よりクリーンな燃焼ロケットエンジンにつながる。

セメントツール

その硬度のため、炭化物(Carbide)の化合物は耐摩耗性が必要なドリルやその他のツールとして使用することができます。炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)は、高融点、高強度と耐食性を持つ一種の重要な高温構造材料です。硬質合金に適用すると、材料の強度と耐食性が向上します。

ナノ構造部品

ナノメートル炭化ジルコニウム(Zirconium carbide)は冶金、化学、航空業界のナノ構造部品に使用することができます。セラミックと金属マトリックスに使用される複合材料も、これらのナノ粒子で作られます。

ジルコニウム(Zirconium)の特性

ジルコニウム(Zirconium)（原子記号：Zr、原子番号：40）は、原子量91.224のブロックD、グループ4、Period 5の元素です。ジルコニウムボアモデル、各ジルコニウム殻の電子数は2、8、18、10、2であり、電子構成は、(Kr) 4d2 5s2です。ジルコニウム原子の半径は160pmであり、ファンデルワールス(Van der Waals半径は186pmです。ジルコニウム(Zirconium)は1789年Martin Heinrich Klaprothによって発見され、1824年JönsJakob Berzeliusによって最初分離されました。ジルコニウム(Zirconium)は元素の形でチタン(titanium)のよう銀白色の外観を持っています。ジルコニウムの主な鉱物は、ジルコン（ケイ酸ジルコニウム）です。元素ジルコニウム(Zirconium)は、チタンとスズ採掘の副産物として商業的に生産される耐火物として多くの応用分野があります。

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