Карбиды

Определение "Карбиды" в Большой Советской Энциклопедии


Карбиды, соединения углерода с электроположительными элементами, главным образом с металлами и некоторыми неметаллами По типу химической связи Карбиды могут быть подразделены на три основные группы: ионные (или солеобразные), ковалентные и металлоподобные. Некоторые Карбиды принадлежат к нестехиометрическим соединениям — твёрдым веществам переменного состава, не отвечающего стехиометрическим законам.


Ионные Карбиды образуются сильно электроположительными металлами; они содержат катионы металлов и анионы углерода. К ним относятся ацетилениды с анионами [С º С]2-, которые могут быть представлены как продукты замещения водорода в ацетилене C2H2 металлами, а также метаниды — продукты замещения металлами водорода в метане CH4.
Табл. 1 — Свойства некоторых ионных карбидов<

Карбид

Кристалличе-
ская структура

Плот-
ность, г/см3

Температура плавления, °С

Теплота образо-
вания, ккал/моль*

Удельное объёмное электрическое сопро-
тивление, мком×см




Ромбическая
Гексагональная<

Гексагональная


Тетрагональная
Тетрагональная
Тетрагональная
Тетрагональная
Тетрагональная
Кубическая


Ромбоэдрическая


1,30
1,60
1,62
2,07
2,21
3,72
5,35
5,56
2,44


2,95


—
800 (разл.)
—
—
2300
2000 (разл.)
2360
2290
2400


2100


14,2
— 4,1
—
21±5
14,1±2,0
12,l±4,0
38,0
—
28,0
49,5

—
—
—
—
—
—
45
60
1,1.106


—


*1 ккал/моль = 4,19 кдж/моль.
Табл. 2. — Свойства некоторых металлоподобных и ковалентных карбидов<

Карбид

Границы области однородности, ат. %С

Кристалличе-
ская струк
тураа)

Плот-
ность, г/см3

Темпе
ратура плавле-
ния, °С

Теплота образо-
вания, ккал/мольд)

Коэффициент терми-
ческого рас-
ширения (20-1800 °С)


1/1°С×106


Теплопровод-
ность, кал/см×сек×°Се)

Удельное объемное элетрическое соп-


ротивление мком×см


Работа выхода элек-
роновж)


jэфф, эв


Микро-
твер
дость Гн/м2

Модуль упругос-
ти Гн/м2

TiC

37-50

КГЦ

4,94

3150

43,9

8,5

0,069

52,5

4,20

31

460

ZrC

38-50

КГЦ

6,60

3420

47,7

6,95

0,09

50

4,02

29

550

HfC

36-50

КГЦ

12,65

3700

55,0

6,06

0,07

45

3,95

28,5

359

VC

40-47

КГЦ

5,50

2850

24,1

7,2

0,094

76

4,07

25,5

431
nвc
41,2-50

КГЦ

7,80

3600

33,7

6,5

0,044

42

3,93

20,5

540

TaC

42,2-49

КГЦ

14,5

3880

34,0

8,29

0,053

24

3,82

16

500

Cr3C2

—

Ромбич.

6,74

1895

8,1

11,7

0,046

75

—

13,3

380

Mo2C

31,2-33,3

ГПУ

9,06

2580

11,0

7,8

0,076

71

—

15

544

W2 C

29,5-33,3

ГПУ

17,13

2795

7,9

—

0,072

75,5

4,58

14,5

428

WC

—

Гексагон.

15,70

2785

9,1

5,2

0,083

19,2

—

18

722

Fe3C

—

Ромбич.

7,69

1650

—5,4

—

—

—

—

10,8

—

SiC

—

Гексагон.

3,22

2827б)

15,8

4,7в)

0,24

>0,13×106

—

33,4

386

B4C

17,6-29,5г)

Ромбоэдр.

2,52

2250б)

13,8

4,5в)

0,29

9×105

—

49,5

480

а) КГЦ — кубическая гранецентрированная, Ромбич. — ромбическая. Ромбоэдр. — ромбоэдрическая, ГПУ — гексагональная плотноупакованная, Гекс. — гексагональная. б) Разлагается. в) 20—1000 °С, г) % по массе, д) 1 кал/моль = 4,19 кдж/моль. е) 1 кал/см×сек×°С = 419 вт/(м×К). ж) При 1800 K.


Табл. 3. — Механические свойства карбидов

Карбид

Твёрдость Н, Гн/м2, при температуре, °С

Предел прочности при растяжении, Мн/м2, при температуре °С

Предел прочности при сжатии, Мн/м2, при температуре °С

Модуль упругости, Гн/м2, при температуре °С

20

1230

1730

20

1230

1730

20

1230

1730

20

730

1230

TiC

31,0

1,6

0,3

560

200

90

1350

470

260

460

420

400

ZC

29,0

2,0

1,3

300

100

—

1700

300

—

550

520

500

NbC

20,5

0,75

0,28

—

—

—

1400

400

200

540

500

470

WC

18,0

0,9

0,45

—

—

—

2700

600

100

722

690

600

SiC

33,4

2,2

0,9

180

230

—

800

400

160

386

373

350



  Ацетиленидами являются Карбиды щелочных металлов (Li2C2, Na2C2 и пр.), магния MgC2 и щелочноземельных металлов (CaC2, SrC2 и др.), высшие Карбиды редкоземельных металлов (YC2, LaC2 и др.) и актиноидов (ThC2 и пр.). С уменьшением ионизационного потенциала металла в этой группе возрастает склонность к образованию «поликарбидов» со сложными анионами из атомов углерода (MeC8, MeC16, MeC24 и др.). Эти Карбиды имеют графитоподобные решётки, в которых между слоями из атомов углерода расположены атомы металла. Ионные Карбиды ацетиленидного типа, например карбид кальция, при взаимодействии с водой или разбавленными кислотами разлагаются с выделением ацетилена (или ацетилена в смеси с др. углеводородами и иногда — водородом). Cu2C2, Ag2C2 и др. взрываются при ударе, обладают невысокой химической устойчивостью, легко разлагаются и окисляются при нагревании. К метанидам относятся Be2C, Al4C3, которые легко гидролизуются с выделением метана (табл. 1).


Ковалентные Карбиды, типичными представителями которых являются Карбиды кремния и бора, SiC и B4C (правильнее B12C3), отличаются прочностью межатомной связи; обладают высокой твёрдостью, химической инертностью, жаропрочностью; являются полупроводниками. Структура некоторых таких Карбиды (например, SiC) близка к структуре алмаза. Кристаллические решётки этих Карбиды представляют собой гигантские молекулы (см. Бора карбид, Кремния карбид).


  Металлоподобные Карбиды обычно построены как фазы внедрения атомов углерода в поры кристаллических решёток переходных металлов. Природа металлоподобных Карбиды, как фаз внедрения, обусловливает их высокую твёрдость и износостойкость, практическое отсутствие пластичности при обычных температурах, хрупкость и относительно невысокие прочие механические свойства. Карбиды этой группы — хорошие проводники электричества, откуда и название — «металлоподобные». Многие из них — сверхпроводники (например, температуры перехода в сверхпроводящее состояние составляют: Nb2C, 9,18 К; NbC, 8—10 К; MO2C, 12,2 К; MoC, 6,5 К). Важными для техники свойствами обладают взаимные сплавы Карбиды TiC, ZrC, HfC, NbC и TaC. Так, композиции, состоящие из 25% HfC и 75% TaC, имеют наиболее высокую температуру плавления (около 4000 °С) из всех тугоплавких металлов и веществ. Металлоподобные Карбиды обладают большой химической устойчивостью в кислотах, меньшей — в щелочах. При их взаимодействии с H2, O2, N2 и пр. образуются гидридокарбиды, оксикарбиды, карбонитриды, также представляющие фазы внедрения и обладающие свойствами, близкими к свойствам Карбиды К металлоподобным Карбиды относятся также соединения с более сложными структурами: Mn3C, Fe3C, Co3C, Ni3C (табл. 2).


Получение и применение. Распространёнными методами получения Карбиды являются нагревание смесей порошков металлов и угля в среде инертного газа или восстановительного газа; сплавление металлов с одновременной карбидизацией (MeO + С ® MeC + CO) при температурах 1500—2000° С и др. Для получения изделий из порошков Карбиды используют порошковую металлургию; отливку расплавленных Карбиды (обычно под давлением газовой среды для предотвращения разложения при высоких температурах); диффузионное науглероживание предварительно подготовленных изделий из металлов и неметаллов; осаждение в результате реакций в газовой фазе (особенно при получении карбидных волокон); плазменную металлургию. Обычные механические методы обработки изделий из металлоподобных Карбиды и высокопрочных карбидно-металлических сплавов оказываются непригодными и заменяются абразивной, ультразвуковой обработкой, электроискровым способом и др.


Из ионных Карбиды важное значение в технике как источник ацетилена имеет карбид кальция. Широко используются ковалентные и металлоподобные Карбиды Так, тугоплавкие Карбиды применяют для изготовления нагревателей электропечей сопротивления, защитных чехлов для термопар, тиглей и т.д. На основе сверхтвёрдых и износостойких Карбиды производят металло-керамические твёрдые сплавы (вольфрамокобальтовые и титановольфрамовые), а также абразивы для шлифования и доводки (особенно SiC и B4C). Карбиды входят в состав жаропрочных и жаростойких сплавов — керметов, в которых твёрдые, но хрупкие Карбиды цементированы вязкими, но достаточно тугоплавкими металлами. Карбиды железа Fe3O образует в железоуглеродистых сплавах (чугунах и сталях) так называемую цементитную фазу — твёрдую, но очень хрупкую и непластичную (см. Цементит). Высокая химическая стойкость Карбиды используется в химическом машиностроении и химической промышленности для изготовления трубопроводов, насадок, облицовки реакторов. Металлическая или полупроводниковая проводимость, хорошие термоэмиссионные свойства, способность переходить в сверхпроводящее состояние — для изготовления резисторов, различных элементов полупроводниковых устройств, в составе электроконтактов, магнитных материалов, термокатодов в электронике.


Лит.: Самсонов Г. В., Тугоплавкие соединения. Справочник по свойствам и применению, М., 1963; Косолапова Т. Я., Карбиды, М,, 1968; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, под ред. А. Т. Туманова и Карбиды И. Портного, М., 1967; Особо тугоплавкие элементы и соединения. Справочник, М., 1969; Тугоплавкие карбиды, [Сборник], под ред. Г. В. Самсонова, Карбиды, 1970.
  Г. В. Самсонов, Карбиды И. Портной.



"БСЭ" >> "К" >> "КА" >> "КАР" >> "КАРБ"

Статья про "Карбиды" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 1313 раз
Пицца в сковороде
Салат с Кальмарами

TOP 20