في الكيمياء إن مركب كربيد الزركونيوم الرباعي عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (ZrC)، نقطة الانصهار مقدارها 3540 درجة مئوية، ونقطة الغليان 5100 درجة مئوية، والكثافة 6.73 جم لكل مل عند 25 درجة مئوية، له مظهر مسحوق معدني رمادي بهيكل بلوري مكعب، وهو مادة خزفية شديدة المقاومة للحرارة، يمتلك عدة من الاستخدامات المختلفة.
خصائص كربيد الزركونيوم
- كربيد الزركونيوم له مظهر مسحوق معدني رمادي بهيكل بلوري مكعب، وهو عبارة عن مادة خزفية شديدة المقاومة للحرارة، وعادة ما يتم معالجتها عن طريق التلبيد، ويتم استخدامه كمادة كاشطة في الكسوة المعدنية وفي الخيوط المتوهجة وأدوات القطع.
- ونظرًا لخصائصها الميكانيكية الجيدة ذات درجة الحرارة العالية والتوصيل الكهربائي والحراري الممتاز ونقطة الانصهار العالية والمقاومة الكيميائية القوية فهي عبارة عن طلاء محتمل أو من أجل الحصول على الأكسجين أو مادة مصفوفة خاملة للتطبيقات النووية ذات درجة الحرارة العالية المتقدمة.
- من الممكن أن يتم استعمال كربيد الزركونيوم الخالي من الهافنيوم على صورة طلاء حراري في المفاعلات النووية، ومن الممكن استعماله أيضا كطلاء لجزيئات ثاني أكسيد اليورانيوم وثاني أكسيد الثوريوم للوقود النووي، ونظرًا إلى المقطع العرضي المنخفض لامتصاص النيوترونات بالإضافة إلى حساسية التلف الضعيفة تحت الإشعاع.
وعلى وجه الخصوص فإنه يتم اعتبار مركب (ZrC) كمادة طلاء حاجز المنتج الانشطاري والهيكلية للوقود النووي المطلي (TRISO) المستعمل في مفاعلات درجات الحرارة العالية (HTR’s) لتحل محل أو بالإضافة إلى كربيد السيليكون المستعملة حاليًا.
- من الممكن أن يتم استعمال كربيد الزركونيوم النانوميتر في السبائك الصلبة والأجزاء ذات الهيكل النانوي والأجهزة المستخدمة في صناعة المعادن والكيميائية والفضاء والطاقة وصناعة الطيران، ويمكن استخدامه في منسوجات ترموستات العزل الجديدة، نايلون المعاد تشكيله، الألياف الوظيفية التي يمكنها امتصاص وتوفير الطاقة الحرارية.
ويتم استخدامه لطلاء سطح المعدن والمواد الأخرى وللمواد المركبة مثل تصنيع المصفوفة المعدنية ومصفوفة السيراميك ومركبات البوليمر النانوية ومضافات التلبيد وكعوامل تكرير الحبوب أو عوامل النواة.
- كربيد الزركونيوم (ZrC) وكربيد التيتانيوم (TiC) عبارة عن مركبات معدنية شديدة المقاومة للحرارة، ويتم استخدام هذا النوع من المركبات في أدوات القطع، ويستخدم كربيد الزركونيوم على نطاق واسع كطلاء لجزيئات (UO2 و ThO2) للوقود النووي، وفي خيوط المصباح الكهربائي وفي كسوة المعادن لحمايتها من التآكل وفي صناعة المواد اللاصقة وكبطانة عالية الحرارة للأفران المقاومة للحرارة، وكخيوط متوهجة وكاشطة وكموصل كهربائي عالي الحرارة.
معلومات كربيد الزركونيوم
- كربيد الزركونيوم هو عبارة عن مادة خزفية شديدة المقاومة للحرارة ونظرًا لصفاتها الاستثنائية تعد واحدة من أكثر السيراميك ارتفاعًا في درجات الحرارة جاذبية، وتجاريًا فإنه يتم استخدامه في قطع أدوات القطع ويتم معالجته بشكل شائع عن طريق التلبيد، وله شكل مسحوق معدني رمادي وهيكل بلوري مكعب، كما أن له شكل مسحوق معدني رمادي وهيكل بلوري مكعب، ولديه مستوى عال من مقاومة التآكل، ولقد تم العثور على كربيد المعدن الانتقالي الخلالي هذا من المجموعة الرابعة أيضًا في السيراميك شديد الحرارة (UHTC).
- تم استخدام الغزل الكهربائي والانحلال الحراري لسلائف بوليمرية جديدة (polyzirconosaal (PZSA)) من أجل صنع ألياف نانوية من كربيد الزركونيوم، مع تضمين (polyvinylpyrrolidone (PVP)) كمساعد للغزل، وهي مادة طلاء محتملة أو مادة مصفوفة خاملة للتطبيقات النووية ذات درجات الحرارة العالية المتقدمة نظرًا لقدراتها الميكانيكية ذات درجات الحرارة العالية الاستثنائية وفي التوصيل الكهربائي والحراري الرائع، ونقطة الانصهار العالية، والمقاومة الكيميائية الكبيرة.
- يُظهر كربيد الزركونيوم موصلية حرارية تبلغ 20.5 واط لكل مللي كلفن وموصلية كهربائية (مقاومة 43 سم) تشبه معدن الزركونيوم بسبب وجود رابطة معدنية، وكان الشكل الليفي للألياف النانوية من كربيد الزركونيوم التي تم إنتاجها رائعًا، وتم العثور على جزيئات كربيد الزركونيوم النانوية متناثرة في الألياف التي تحتوي على الكربون الحر في الهياكل المجهرية، في المفاعلات النووية فإنه يمكن استخدام كربيد الزركونيوم الخالي من الهافنيوم كطلاء حراري.
- من الممكن أن يتم استخدام كربيد الزركونيوم لتغليف جزيئات الوقود النووي لثاني أكسيد اليورانيوم وثاني أكسيد الثوريوم، وتحتوي هذه المادة على نقطة انصهار عالية (3530 درجة مئوية) ومعامل (~ 440 جيجا باسكال) وصلابة بسبب الرابطة التساهمية القوية (Zr-C) (25 جيجا باسكال)، عند مقارنتها بالكربيدات الأخرى مثل (WC) (15.8 جم لكل سم مكعب) أو (TaC) (14.5 جم لكل سم مكعب) أو (HfC) (12.67 جم لكل سم مكعب)، فإن كربيد الزركونيوم له كثافة أقل (6.73 جم لكل سم 3).
- باستخدام تقنية (Debye-Scherrer) كان متوسط الحجم البلوري لجزيئات كربيد التيتانيوم 42 نانومتر، ولقد تم استخدام حيود الأشعة السينية من أجل تحليل ألياف نانوية كبريتيد الزنك، يبدو كبريتيد الزنك مثاليًا للتطبيق في مركبات العودة أو محركات الصواريخ / محركات سكرامجت أو المركبات الأسرع من الصوت، حيث تعد قدرات التحميل عند كثافات منخفضة ودرجات حرارة عالية معايير حاسمة، وتتم دراسة كبريتيد الزنك كمواد طلاء حاجز منتج إنشائي وانشطاري للوقود النووي المطلي (TRISO) (ثلاثي الخواص).
- كربيد الزركونيوم مثل معظم كربيدات المعادن المقاومة للصهر هو عبارة عن مقياس متكافئ فرعي مما يعني أنه يحتوي على شواغر كربونية، ويتم الحفاظ على بنية ألياف كبريتيد الزنك بشكل فعال، وتنتشر بلورات كبريتيد الزنك سداسية النانو في جميع أنحاء الألياف، تحتوي المادة على كربون حر بتركيزات كربون أكبر من (ZrC0.98)، بالنسبة لنسب الكربون إلى المعدن التي تتراوح من 0.65 إلى 0.98 يكون كبريتيد الزنك مستقرًا.
- أما في الصناعات المعدنية والكيميائية والفضائية والطاقة والطيران فإنه من الممكن أن يتم استخدام كربيد الزركونيوم النانوي في السبائك الصلبة والأجزاء والأجهزة ذات الهيكل النانوي، كما ويمكن استخدامه في نصوص ترموستات العزل الجديدة والنايلون المُعاد تشكيله والألياف الوظيفية التي تمتص الطاقة الحرارية وتوفرها، ويمكن صنع كربيد الزركونيوم بعدة طرق مختلفة، يعد التفاعل الكربوني الحراري لزركونيا مع الجرافيت إحدى هذه التقنيات.
- ومن الممكن أيضًا أن يتم استخدام المعالجة القائمة على المحلول لصنع كربيد الزركونيوم، ويحقق ذلك إعادة تدفق أكسيد الفلز باستخدام الأسيتيل أسيتون، ترسب البخار الكيميائي هو طريقة أخرى للتصنيع، حيث يتم تحقيق ذلك عن طريق تمرير غاز الهاليد عبر إسفنجة زركونيوم تم تسخينها، ويستخدم كبريتيد الزنك كطلاء سطحي للمعادن والمواد الأخرى وفي تصنيع المصفوفة المعدنية ومصفوفة السيراميك ومركبات البوليمر النانوية.
- ويستخدم كبريتيد الزنك كمضافات تلبيد وكعوامل تكرير للحبوب أو عوامل نواة في المواد المركبة، كما أن لديها قدرة انبعاثية عالية وقدرة حالية في درجات حرارة عالية، مما يجعلها مادة قابلة للتطبيق للمشعات الحرارية الكهروضوئية بالإضافة إلى مصفوفات وأطراف باعث المجال، كما أنها تستخدم كمادة كاشطة في التكسية والسيرميت والشعيرات المتوهجة وأدوات القطع من بين أشياء أخرى.
