Carburo de circonio
# Carburo de circonio

El carburo de circonio ( ZrC ) es un material cerámico refractario extremadamente duro.

## Estructura y propiedades

El carburo de circonio tiene la apariencia de un polvo gris metálico con estructura cristalina cúbica. Pertenece a los denominados compuestos intersticiales. Como la mayoría de los carburos de metales refractarios, el carburo de circonio no es un compuesto estequiométrico, sino sub-estequiométrico, es decir, presenta un déficit de carbono. Su composición varía generalmente entre ZrC 0,6 -ZrC 0,98 y puede ser visto como una solución sólida. Debido a la presencia de enlace metálico ZrC tiene una conductividad térmica de 20,5 W / m · K y la conductividad eléctrica de resistividad (~ 43 μΩ·cm) similar a la de circonio metálico. El fuerte enlace covalente Zr-C proporciona a este material un alto punto de fusión (~ 3530 °C), alta módulo de elasticidad (~ 440 GPa) y dureza (25 GPa). Este carburo intersticial de un metal de transición del Grupo IV es miembro de las cerámicas de ultra alta temperatura o (UHTC). Además el carburo de circonio tiene baja densidad (6,73 g / cm³ ) en comparación con otros carburos como WC (15,8 g / cm³ ), TaC (14,5 g / cm³ ) o HfC (12,67 g / cm $^3$ ).

Posee una alta resistencia a la corrosión. No se disuelve en agua ni hidroliza. En lugar de ello, de circonio soluble en concentrada de ácido sulfúrico concentrado y fluoruro de hidrógeno, en presencia de iones oxidantes, tales como nitratos o peróxidos. es insoluble en soluciones al 10% y 20% de hidróxido de sodio. El carburo de circonio es inerte a temperaturas ordinarias y reacciona con haluros sólo a más de 250 °C y en presencia de oxidantes que reaccionan para dar dióxido de circonio a partir de los 700 °C. A altas temperaturas en presencia de nitrógeno, se forman carbonitruros de circonio.

## Producción

Carburo de circonio se puede conseguir en las siguientes formas:

Directo de carbono de circonio de saturación: El proceso se lleva a cabo en el vacío, y los componentes de partida se toman en forma de polvos;

       $~\mathrm {Zr+C\ {\xrightarrow {~2000^{o}C}}\ ZrC}$

Reducción térmica del óxido de circonio por grafito, seguido por la formación del carburo. El proceso pasa a través de la formación de óxidos inferiores de circonio y la posterior formación de carburo de circonio en la reacción:

       $~\mathrm {ZrO+C\ {\xrightarrow {~2000^{o}C}}\ ZrC+CO}$

Este método se utiliza para producir carburo de circonio comercialmente puro a escala industrial. Usualmente, el procedimiento se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 2000 °C;

Dióxido de circonio o circonio produce a partir de silicato de circonio calentándolos negro de carbón finamente dividido o de carbono en una atmósfera inerte o bajo un vacío de aproximadamente 1 temperatura de 500 °C.

       $~\mathrm {ZrO_{2}+2C+CO\ {\xrightarrow {500^{o}C}}\ ZrC+2CO_{2}}$

Mediante ECV. El método se basa en la reacción:

    $~\mathrm {ZrCl_{4}+CH_{4}+H_{2}\ \rightleftarrows \ ZrC+4HCl+H_{2}}$

La deposición se produce en la superficie de un filamento de tungsteno calentado a una temperatura de 1700 a 2400 °C. Si el proceso se realiza a alta temperatura (alrededor de 2400 °C) se obtiene un único cristal precipitado. El metano se puede reemplazar por tolueno, benceno o acetileno.

Otra forma de producción es a partir de la reacción de cloruro de circonio (IV) y metano en una atmósfera de hidrógeno a 900-1.400 °C de temperatura.

La compactación del ZrC se realiza por sinterización de polvo a más de 2000 °C. El prensado en caliente de ZrC puede disminuir la temperatura de sinterización y en consecuencia ayuda a la producción de grano un fino totalmente compactado. La sinterización mediante chispas de plasma también se ha utilizado para compactadar totalmente.

## Utilidad

Se utiliza comercialmente como abrasivo, en el revestimiento, filamentos incandescentes y en brocas para herramientas de corte.

La mezcla de carburo de circonio y carburo de tántalo es un importante material cermet.

El carburo de circonio, purificado de hafnio, y el carburo de niobio se utilizan como revestimientos refractarios en reactores nucleares. Debido a la sección transversal de baja absorción de neutrones y débil sensibilidad daños bajo irradiación tiene una aplicación potencial como recubrimiento de dióxido de uranio y dióxido de torio partículas de combustible nuclear . El recubrimiento se deposita habitualmente por deposición térmica química de vapor en un reactor de lecho fluidizado. Gracias a su alta emisividad y alta capacidad de corriente a temperaturas elevadas es un material prometedor para su uso en generadores termoeléctricos.

Por su relativa baja densidad para ser un carburo refractario este material es ideal para su re-entrada de vehículos, motores cohete o jet SCRAM y vehículos supersónicos donde baja densidad y la capacidad de soporte de carga a alta temperatura es el requisito más importante.

La pobre resistencia a la oxidación a más de 800 °C limita las aplicaciones de ZrC. Una forma de mejorar la resistencia a la oxidación de ZrC es hacer que los materiales compuestos. Compuestos importantes propuestas son los compuestos $ZrC-ZRB_2$ y $ZrC-ZRB_2-SiC.$ Estos compuestos pueden trabajar hasta 1.800 °C.

