Что такое карбиды металлов

Обновлено: 10.05.2024

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

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

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.

Ацетиленидами являются К. щелочных металлов (Li₂C₂, Na₂C₂ и пр.), магния MgC₂ и щелочноземельных металлов (CaC₂, SrC₂ и др.), высшие К. 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 К. имеют графитоподобные решётки, в которых между слоями из атомов углерода расположены атомы металла. Ионные К. 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 К., типичными представителями которых являются К. кремния и бора, SiC и B₄C (правильнее B₁₂C 3 ), отличаются прочностью межатомной связи; обладают высокой твёрдостью, химической инертностью, жаропрочностью; являются полупроводниками. Структура некоторых таких К. (например, SiC) близка к структуре Алмаза. Кристаллические решётки этих К. представляют собой гигантские молекулы (см. Бора карбид, Кремния карбид).

Металлоподобные К. обычно построены как фазы внедрения атомов углерода в поры кристаллических решёток переходных металлов. Природа металлоподобных К., как фаз внедрения, обусловливает их высокую твёрдость и износостойкость, практическое отсутствие пластичности при обычных температурах, хрупкость и относительно невысокие прочие механические свойства. К. 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 К. 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 К. 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 К. К металлоподобным К. относятся также соединения с более сложными структурами: Mn₃C, Fe₃C, Co₃C, Ni₃C (табл. 2).

Получение и применение. Распространёнными методами получения К. 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 К. используют порошковую металлургию (См. Порошковая металлургия); отливку расплавленных К. (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 К. и высокопрочных карбидно-металлических сплавов оказываются непригодными и заменяются абразивной, ультразвуковой обработкой, электроискровым способом и др.

Из ионных К. важное значение в технике как источник ацетилена имеет карбид кальция. Широко используются ковалентные и металлоподобные К. Так, тугоплавкие К. применяют для изготовления нагревателей электропечей сопротивления, защитных чехлов для термопар, тиглей и т.д. На основе сверхтвёрдых и износостойких К. производят металло-керамические твёрдые сплавы (вольфрамокобальтовые и титановольфрамовые), а также абразивы для шлифования и доводки (особенно SiC и B₄C). К. входят в состав жаропрочных и жаростойких сплавов — керметов (См. Керметы), в которых твёрдые, но хрупкие К. цементированы вязкими, но достаточно тугоплавкими металлами. К. железа Fe₃O образует в железоуглеродистых сплавах (чугунах и сталях) так называемую цементитную фазу — твёрдую, но очень хрупкую и непластичную (см. Цементит). Высокая химическая стойкость К. 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 К. И. Портного, М., 1967; Особо тугоплавкие элементы и соединения. Справочник, М., 1969; Тугоплавкие карбиды, [Сборник], под ред. Г. В. Самсонова, К., 1970.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Свойства и особенности карбидов металлов

В природе металлы активно вступают в химические реакции с кислотами, щелочами и атмосферным кислородом. В большинстве случаев для этого не требуется дополнительная обработка (химическая, термическая). При сильном нагреве металлы начинают активно вступать в реакцию с углеродом, что приводит к образованию сложных соединений под названием карбиды. Эти соединения отличаются рядом необычных свойств — высокая прочность, тугоплавкость, химическая инертность. Какие бывают карбиды металлов? Как эти соединения применяются в промышленности? Какие вещества получили наибольшее применение?

Краткие сведения

Карбиды — это химические соединения, которые состоят из углерода (C) и другого элемента. Обычно в качестве второго элемента выступают металлы — это может быть железо (Fe), титан (Ti), хром (Cr), гафний (Hf) и другие. В карбидных соединениях углерод более высокой электроотрицательностью (в сравнении со вторым элементом). Поэтому карбиды нельзя отнести к оксидам, галогенидам и другим химическим соединениям. Карбиды металлов — в основном твердые тугоплавкие вещества, которые отличаются очень высокой прочностью и почти не вступают в реакции с химически активными веществами.

Благодаря этим необычным свойствам карбиды часто применяют в качестве абразивов для обработки различных сплавов (это может быть чугун, сталь, соединения на основе алюминия). Из них делают электроды для сварки, огнеупорные стержни, элементы электрических систем. Первые карбиды на основе калия, железа и магния были открыты и получены совсем недавно — в XIX веке. Однако со временем были получены и новые карбидные соединения — на основе хрома, титана, гафния, вольфрама, кальция.

Физические свойства, особенности

Высокая твердость. Атомы углерода и металлов образуют твердую кристаллическую решётку, для разрушения которой потребуется большое механическое усилие. Поэтому с помощью ударов разрушить карбидные вещества будет крайне сложно. Благодаря высокой твердости материалы нашли широкое распространение в различных технических сферах (от военного машиностроения до строительства).
Высокая температура плавления. Плотная кристаллическая решетка обеспечивает устойчивость вещества при сильном нагреве или охлаждении. Средняя температура плавления карбидов находится в пределах от 1500 до 2000 градусов. Поэтому такой материал без проблем выдержит длительное воздействие экстремальных температур (скажем, его можно использовать в печах, металлургических ковшах для расплавления других материалов).
Устойчивость к химическим веществам и коррозии. Внешние электронные оболочки веществ-карбидов являются полностью заполненными. Поэтому такой материал будет редко вступать в химические реакции с другими веществами (он устойчив к воздействию кислот, щелочей, солей). Вещества не вступают в реакцию с водой и атмосферным кислородом, поэтому они не покрываются ржавчиной, что обеспечивает их высокий срок годности.
Повышенная износоустойчивость. Изделия на основе карбидов долгое время сохраняют свою форму даже в случае удара, деформации или воздействия высоких температур. Поэтому они обладают повышенной износоустойчивостью, что делает их срок годности большим. Благодаря повышенной устойчивости материал часто применяют для изготовления абразивных и шлифовальных изделий, которыми можно пользоваться в течение большого срока.

Стоит обратить внимание, что далеко не все карбидные соединения обладают перечисленными свойствами. Скажем, карбид золота (I) чрезвычайно взрывоопасен (тогда как большинство других карбидов металлов — нет). Он может взорваться даже в случае неаккуратного пересыпания вещества на бумажную поверхность. Поэтому при рассмотрении физических и химических свойства карбидов нужно по отдельности рассматривать каждое соединение, поскольку карбидные материалы могут обладать уникальными необычными свойствами.

Разновидности карбидов

Материалы с ковалентной решеткой. Вещества с таким способом связи возможны только в том случае, если в качестве второго элемента выступает бром или кремний. На атомарном уровне соединение образуется за счет sp, sp-2 или sp-3 гибридизации. В веществе атомарный металл заменяет собой углерод, что позволяет формировать прочное устойчивое вещество, которое устойчиво к механическим ударам, высоким температурам, химическим веществам. С точки зрения электропроводности вещество является полупроводником (хотя использование карбидов в качестве полупроводниковых элементов невыгодно с практической точки зрения).
Металлоподобные материалы. В эту группу входят соединения, у которых металлических элемент является железом, кобальтом, никелем либо относится к переходной группе (IV-VII). У таких карбидных соединений металлические атомы располагаются не на месте атомов углерода, а в различных пустотах кристаллических решеток (поэтому часто такие вещества называют карбидами внедрения). Такое необычное расположение делает вещество устойчивым, крепким, надежным, оно не будет разрушаться под воздействием высоких температур или при воздействии химически активных веществ (кислоты, щелочи, соли и другие).
Материалы с ионной связью. В эту группу входит множество карбидов, у которых в качестве металлического элемента выступает алюминий, редкоземельные металлы либо элементы I или II группы периодической таблицы. По химической структуре вещества похожи на соединения с ковалентной решеткой с той лишь разницей, что здесь металлы обычно теряют один или несколько электронов на внешнем уровне, что приводит к образованию веществ-ионов. По химико-физическим свойствам ионные карбиды аналогичны стандартным соединениям — отличная прочность, высокая температура плавления. Единственное крупное отличие — вещества активно взаимодействуют с кислотами (обычно с образованием металла или подобных веществ).

Применение материалов

Карбиды металлов применяются производстве (в основном — в тяжелом). Перечислим основные варианты применения:

Простые карбидные соединения на основе железа могут добавлять в металлический сплав (чугун, сталь, чистое железо), чтобы улучшить его физико-химические свойства. Дополнительные компоненты улучшают прочность, повышают химическую инертность, минимизируют риск коррозии под действием воды или атмосферного воздуха. Еще одно полезное свойство — увеличение температуры плавления, что удобно в случае изготовления тугоплавких запчастей или деталей.
Карбиды на основе титана или вольфрама отличаются сверхвысокой прочностью, а плавятся они при сверхвысоких температурах. Поэтому из них делают режущие и абразивные инструменты, которые отличаются высоким сроком годности. Подобные соединения можно использовать в качестве огнеупорных материалов (скажем, при производстве печей), для изготовления сварочных стержней.
Карбид кальция обладает необычным свойством — при контакте с водой происходит ряд химических реакций, что в конечном счете приводит к образованию ацетилена. Это вещество широко применяется для кислородной сварки, резки или напайки. Поэтому такое карбидное соединение может использоваться для изготовления соответствующих деталей (электроды для сварочных инструментов, напайка и другие). Ацетилен при горении выделяет большое количество тепла, поэтому к работам нужно подойти осторожно.

Основные металлические карбиды

На практике широко применяется множество карбидных соединений. Рассмотрим основные из них.

Карбид гафния

Встречается в виде только одного вещества — HfC. В нормальных условиях обладает кристаллической структурой, окрашено в серый цвет. плавится при температуре 3900 градусов — интересно, что его закипание происходит уже при температуре 4160 градусов. Поэтому к расплавлению нужно подходить аккуратно, чтобы не испарить его. При нагреве до 2000 градусов начинает взаимодействовать с металлами (молибден, вольфрам). Вещество не обладает полной химической инертностью — оно вступает в реакцию с кислотами (в азотной или серной кислоте оно способно полностью раствориться).

Карбиды хрома

Встречается в виде нескольких веществ; основные — Cr₂₃C₆, Cr₃C₂, Cr₇C₃. Отличаются высокой химической инертностью (хотя могут реагировать с цинком при сильном нагреве). Не вступают в контакт с водой, атмосферным воздухом, кислотами, щелочами, солями, другими карбидными соединениями. Температура плавления не слишком высокое — большинство соединений плавятся уже при температуре 1500-1700 градусов. У соединения Cr₇C₃ при нагреве до 800 градусов происходит ряд эндотермических реакций и превращений, что приводит к превращению вещества в Cr₂₃C₆.

Карбид титана

Встречается в виде одного стабильного соединения — TiC. При нормальных условиях обладает серым цветом с характерным металлическим блеском. Плавится при температуре 3100 градусов, кипит — при 4305 градусах. Обладает высокой устойчивостью, прочностью. Химическая инертность средняя — в нормальном состоянии может вступать в реакцию с кислотами и щелочами (хотя реакция идет слабо). При нагреве до 2500 градусов может вступать в реакцию с азотом (в том числе — атмосферным). При нагреве до 1200 градусов может окисляться и/или вступать в реакцию с углекислым газом.

Карбиды вольфрама

Встречается в виде двух устойчивых соединений — WC и W₂C. Оба карбида отличаются приблизительно одинаковыми химико-физическими свойствами. Вид — мелкий порошок серовато-черного цвета (со слабым металлическим блеском или без него). Вещества плавятся при температуре около 2720 градусов, однако при более низких температурах начинается их активных контакт с атмосферным воздухом, азотом или углекислым газом. Соединения легко растворяются в разогретых до температуре кипения серных и азотных кислотах.

Карбид кальция

Основное устойчивое соединение — CaC₂. Вид — крупные прозрачные кристаллы, которые могут обладать светло-голубым оттенком. При наличии примесей может окрашиваться в другие цвета — серый, желтый, коричневый, черный и другие (в зависимости от типа примеси и ее концентрации). Соединение плавится при температуре порядка 2500 градусов, однако при комнатной температуре оно активно вступает в реакцию с водой с активным выделением ацетилена. Поэтому вещество нуждается в особых безопасных способах хранения (ацетилен является токсичным для человека).

Карбид циркония

Основное соединение — ZrC. Стандартное состояние — небольшие кристаллы серого цвета, обладающие металлическим блеском. Температура плавления — 3530 градусов, однако при нагреве до 1200 градусов вещество начинает активно вступать в реакцию с атмосферным кислородом, что приводит к образованию оксидов. Вещество слабо реагирует с кислотами, щелочами и солями, однако может вступать в реакцию с атомизированным азотом в составе сложных веществ, что приводит к образованию нитритов. Поэтому вещество нуждается в особых способах хранения.

Заключение

Подведем итоги. Карбиды металлов — соединения, в состав которых входит углерод и какой-либо дополнительный металл. Это может быть железо, хром, цирконий, вольфрам и другие. Соединение может образовывать сложную прочную кристаллическую решетку (ковалентную, металлическую, ионную). Карбиды из-за особенностей своего строения отличаются высокой прочностью, устойчивостью к механической деформации, химической инертностью. Вещества обычно не вступают в реакцию с кислотами, щелочами, солями, атмосферными газами (кислород, азот, углекислый газ).

Из карбидов делают абразивные или шлифовальные инструменты, поскольку они не деформируются, не портятся со временем, могут деформировать другие прочные соединения. Из них делают электроды для сварочных инструментов, термоустойчивые стержни, элементы электрических инструментов. Некоторые виды карбидов могут проявлять необычные свойства. Скажем, карбид золота взрывается при легком контакте, а карбид кальция может вступать в реакцию с водой при комнатной температуре с образованием ацетилена.

Карбиды и их применение в промышленных целях

Карбиды (от лат. carbo – уголь) – химические вещества, образуемые путем соединения с углеродом ряда металлов или таких неметаллических элементов таблицы Менделеева, как бор (B) и кремний (Si). Важнейшими физико-химическими свойствами карбидов являются твердость, способность противостоять механическим деформациям и тугоплавкость. Так, например, карбид вольфрама (WC), карбид тантала (TaC), карбид титана (TiC), карбид молибдена (MoC), карбид циркония (ZrC), а также карбид бора (B₄C) и карбид кремния (SiC) не подвержены разложению даже при белом калении и нейтральны в химическом отношении, имеют степень твердости, близкую к твердости алмазов.

Рисунок 1. Фрезы из карбида вольфрама

Карбиды – вещества нелетучие и не растворяющиеся в самых агрессивных растворителях, включая “царскую водку” (смесь серной и соляной кислот). Их получают как непосредственно из чистых элементов, так и с применением метода восстановления оксидов углеродом. Промышленные партии карбидов выпускаются в виде порошков (спеченные карбиды) и специальных отливок (литые карбиды).

Классификация по группам

Согласно современной классификации карбиды, исходя из особенностей межатомной связи в молекулярной решетке, подразделяют на 3 группы, существенно различающиеся по набору функциональных характеристик.

В состав 1-й группы входят так называемые карбиды солеобразного типа с ионной связью. Их основой служат щелочные и щелочноземельные металлы, алюминий, редкоземельные элементы, а также актиниды – торий (Th), уран (U), плутоний (Pu) и другие. Многие из таких карбидов вступают с Н₂О и кислотами в бурную реакцию и начинают разлагаться с обильным выделением газообразной фракции в виде метана (метаниды) или ацетилена (ацетилениды) и осаждением металлических гидроксидов. Карбиды данной группы используют для управления химическими реакциями как раскислители, восстановители, катализаторы и т.д. Наиболее востребованными метанидами являются карбиды магния (MgС₂, Mg₂C), алюминия (Al₄C₃) и бериллия (Be₂C). Среди ацителенидов самым известным считается карбид кальция CaC₂, широко используемый в газосварочных технологиях.

Ко 2-й группе причисляют ряд карбидов, именуемых металлоподобными. Их образуют в связке с углеродом переходные металлы IV–VII гр. Периодической таблицы Д.И. Менделева, а также кобальт, железо и никель. Карбиды металлоподобной группы, помимо твердости и тугоплавкости, имеют высокие показатели электропроводности и устойчивости к воздействию химически активных реагентов. Вот почему, в частности, карбиды железа (Fe₃C), хрома (Cr₃C₂), молибдена (MoC) востребованы для цементации чугунных и стальных поверхностей, а карбиды вольфрама (WC), титана (TiC), тантала (TaC), ванадия (VC) – для производства твердых сплавов, для изготовления полупроводниковых диодов, различных жаростойких покрытий, рабочих кромок металлорежущего инструмента и породоразрушающего оборудования.

3-ю группу составляют так называемые ковалентные карбиды кремния (SiC) и бора (B₄C, B₁₂C₃), отличающиеся высочайшей твердостью и используемые для выпуска сверхтвердых сплавов, не уступающих по твердости корундам. Из них также производят абразивы для шлифовки и полировки поверхностей металлических изделий, огнеупоры и нагревательные элементы для высокотемпературных производственных процессов.

Карбиды тугоплавких металлов в производстве твердосплавных материалов

И все же самой обширной сферой применения является использование карбидов тугоплавких металлов для изготовления металлокерамических сплавов.

К категории твердых сплавов относят ряд износостойких металломатериалов на основе карбидов WC, TiC, VC, TaC, NbC, CrC и других металлов, имеющих Т° плавления от 860 до 1320°C, прочность связи которых в молекулярной структуре обеспечивают включения более мягких кобальта, никеля, железа с гораздо меньшей температурой плавления. Сплав становится менее хрупким и более упругим и пластичным, чем выше в нем процентное содержание связующего включения.

По технологическому критерию твердые сплавы подразделяют на спеченные (металлокерамику) и литые (наплавляемые).

Сначала в определенных соотношениях тщательно смешиваются дисперсные порошки тугоплавких металлов и металлов-связок (кобальтовый порошок, никелевый порошок и др.), а по мере необходимости – также порошков легирующих добавок.
Затем готовую смесь подвергают прессованию под высоким давлением (1250-4550 кгс/см 2 и выше).
На заключительном этапе производится спекание получаемого полуфабриката в специальной электропечи в температурном режиме, близком к Т плавления металлического связующего, до тех пор, пока не будет сформирован сплав, имеющий показатель твердости не ниже HRA = 86 и термостойкости до 1320°C.

Твердые сплавы практически не поддаются традиционным способам механической обработки (резание, давление, строгание, шлифовка и др.). С этой целью применяют такие современные методы, как лазерное/ультразвуковое шлифование либо кислотное травление.

Производство литых твердых сплавов базируется на таких технологических методах, как плавка и литье. Их применяют для наплавления защитного покрытия на быстроизнашиваемые поверхности и, сообразно химическому составу, подразделяют на 3 типа.

К первому типу относят релит – композицию вольфрамовых карбидов (WC и W₂C), характеризуемую особенно высокими значениями показателей твердости и стойкости к износу. Т° плавления релита составляет 3520°C, что также является ценным критерием.

Ко второму типу причисляют стеллиты – литые сплавы, являющие собой карбидную композицию W-Co-Cr. Им присуща более низкая, чем у релита, Т° плавления (близкая к Т° плавления сталей) на фоне, стойкости к износу и коррозии – качеств, обусловленных высокой твердостью. Изготавливаются в виде прутков. В России выпускаются стеллиты марок ПР-В3К и ПР-В3К-Р (ГОСТ 21449-75).

Третий тип литых твердосплавных материалов представлен сормайтами – соединениями композиции Fe-Cr-Mn-Ni, имеющие более низкую твердость и Т° плавления в сравнении со стеллитами. Отечественная промышленность производит прутки сормайта марки Пр-С (ГОСТ 21449-75). Сормайт бывает 2-х типов: сормайт №1 и сормайт №2, характеризующийся способностью подвергаться термообработке, а также более высокими характеристиками прочности и вязкости по сравнению с сормайтом №1. Торцевые оконечности прутков сормайта №1 окрашивают в зеленый цвет, а сормайта №2 – в красный.

Применение твердых сплавов в промышленных целях

В настоящее время трудно представить себе промышленную отрасль, в которой не использовались бы твердосплавные материалы на основе карбидов тугоплавких металлов и связующих металлокомпонентов.

производства металлорежущего и породоразрушающего инструмента в металлообрабатывающей и горнодобывающей отраслях;
изготовления штамповочного оборудования;
изготовления хирургических инструментов;
обустройства точных поверхностей в различном измерительном инструментарии;
маркирования рабочей поверхности клейм;
производства рабочих элементов подшипников качения;
других целей, когда использование твердосплавных материалов является целесообразным либо вовсе не имеет альтернатив.

Промышленная значимость карбидов в развитии технического прогресса побуждает исследователей и инженеров-практиков к созданию все новых продуктов на их основе. Так, сегодня особенно пристальное внимание уделяется разработке новейших типов карбидо-содержащих твердосплавных материалов с широким спектром полезных свойств для авиакосмической, судостроительной, радиоэлектронной отраслей и ядерной энергетики.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Карбиды

Карбиды — соединения металлов и неметаллов с углеродом. Традиционно к карбидам относят соединения где углерод имеет большую электроотрицательность, чем второй элемент (таким образом из карбидов исключаются такие соединения углерода, как оксиды, галогениды и т.п.)

Содержание

Свойства

Карбиды — тугоплавкие твёрдые вещества, не растворимы [источник не указан 1313 дней] ни в одном из известных растворителей. Карбиды бора и кремния (В₄С и SiC), титана, вольфрама, циркония (TiC, WC и ZrC соответственно) обладают высокой твёрдостью, жаростойкостью, химической инертностью.

Применение

Карбиды применяют в производстве чугунов и сталей, керамики, различных сплавов, как абразивные и шлифующие материалы, как восстановители, раскислители, катализаторы и др. WC и TiC входят в состав твердых сплавов, из которых готовят режущий инструмент; карбид кальция СаС₂ используют для получения ацетилена; из карбида кремния SiC (карборунд) готовят шлифовальные круги и другие абразивы; карбид железа Fe₃C (цементит) входит в состав чугунов и сталей, из карбида вольфрама и карбида хрома производят порошки, используемые при газотермическом напылении.

Разновидности

Карбиды могут быть образованы разными органическими соединениями, а могут не иметь аналогов среди органических веществ. Есть, например, ацетилениды, метаниды и другие.

Карбиды подразделяются на следующие виды:

солеобразные (CaC₂, Al₄C₃),
ковалентные (карборунд SiC),
металлоподобные (имеющие нестехиометрический состав, например, цементит (Fe₃C)).

Солеобразные карбиды обычно разлагаются водой и кислотами с выделением углеводородов (некоторые очень бурно, например, карбиды натрия, калия, цезия). Ковалентные карбиды обычно химически инертны. Металлоподобные карбиды имеют промежуточную химическую активность.

См. также

Ссылки

Литература

Косолапова Т.Я. Карбиды. М., 1968;

Самсонов Г.В., Косолапова Т.Я. Домасевич Л.Т. Свойства, методы получения и области применения тугоплавких карбидов и сплавов на их основе. Киев, 1974;

Высокотемпературные карбиды. Киев, 1975;

Карбиды и сплавы на их основе. Киев, 1976;

Карбиды
Бинарные соединения
Анионы

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Карбиды" в других словарях:

КАРБИДЫ — КАРБИДЫ, неорганические соединения углерода с металлами или другими электроположительными элементами. БОР и КРЕМНИЙ образуют чрезвычайно твердые карбиды, которые используют как абразив. Многие ПЕРЕХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ также образуют карбиды, в которых … Научно-технический энциклопедический словарь

КАРБИДЫ — КАРБИДЫ, соединения углерода с металлами, бором и кремнием. Карбиды основа многих твердых сплавов, упрочняют чугун и сталь, входят в состав жаропрочных и жаростойких композиционных материалов и др. Смотри, например, Бора карбид, Кальция карбид … Современная энциклопедия

КАРБИДЫ — химические соединения углерода с металлами и некоторыми неметаллами, напр. карбид кальция, карборунд, цементит. Карбиды вольфрама, титана, тантала, ниобия и др. тугоплавки, тверды, износостойки, жаропрочны; входят в состав твердых сплавов,… … Большой Энциклопедический словарь

КАРБИДЫ — (лат.). Соединения металлических элементов с углеродом. Карбид кальция, употребляется для добывания ацетилена. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. карбиды , карбон. ( лат. carbo (carbo nis) уголь )… … Словарь иностранных слов русского языка

карбиды — Соединения углерода с электроположит. эл тами, гл.обр., с металлами и нек рыми неметаллами. По типу химич. связи к. подразд. на три осн. группы: ионные (или солеобразные), ковалентные и металлоподобные. Ионные к. образуют сильные электроположит.… … Справочник технического переводчика

КАРБИДЫ — соединения металлов (а также некоторых неметаллов) с углеродом. К. относительно легкоплавких металлов разлагаются водой и разбавленными кислотами с образованием углеводородов. К. тугоплавких металлов, а также кремния и бора водой и кислотами не… … Геологическая энциклопедия

КАРБИДЫ — КАРБИДЫ, соединения углерода с металлами или металлоидами, образующиеся при нагревании в электрической печи угля с окислом соответствующего элемента. Примером могут служить карбид кальция СаС2, алюминия А14С3, карборунд CSi. Большинство К.… … Большая медицинская энциклопедия

КАРБИДЫ — соединения углерода с др. хим. элементами; часто высокопрочные и химически стойкие. К. широко применяются в технике, входят в состав сверхтвёрдых или тугоплавких сплавов; хорошо известны К. железа (см.), К. кремния (см.), К. вольфрама и др … Большая политехническая энциклопедия

КАРБИДЫ — (от лат. carbo уголь), соед. углерода с металлами, а также с бором и кремнием. По типу хим. связи К. делят на ионные (солеобразные), ковалентные и металлоподобные (ионно ковалентно металлические). Ионные К. (см. табл. 1) образуют металлы I и II… … Химическая энциклопедия

КАРБИДЫ (от лат. carbo - уголь), соед. углерода с металлами, а также с бором и кремнием. По типу хим. связи К. делят на ионные (солеобразные), ковалентные и металлоподобные (ионно-ковалентно-металлические). Ионные К. (см. табл. 1) образуют металлы I и II гр. (соотв. М 2 С 2 и МС 2 ), РЗЭ и актиноиды (МС, М 2 С 3 , МС 2 ), а также Аl. В этих соед. атом С в зависимости от типа гибридизации ( 3 , sp 2 или sp) образует ионы С 4- , (C=C 4- , (С=С=С) 4- , (C=C) 2- . Ковалентные К. (см. табл. 2) образуют В и Si; атом С в этих соед. находится в состоянии 2 -> и sp 3 -гибридизации. Металлoподобные К. образуют переходные металлы IV-VII гр., Со, Ni и Fe. В этих К. связь металл-углерод ионно-ковалентная, причем атом С отрицательно заряжен, связь металл - металл чисто металлическая, атомы С между собой не связаны.

К. щелочных металлов кристаллизуются в решетках типа графита, атомы металлов размещаются между углеродными слоями, построенными из гексагoн. сеток. К. щел.-зем. металлов кристаллизуются в гранецентрир. тетрагон. решетке типа СаС 2 , карбиды РЗЭ, монокарбиды актиноидов и переходных металлов в гранецентрир. кубической типа NaCl, сесквикарбиды актиноидов М 2 С 3 в объемноцентрир. кубич. решетке типа Рu 2 С 3 . Ионные К. щелочных металлов разлагаются при т-ре ок. 800 °С, К. щел.-зем. металлов в интервале 1800-2300°С, ковалентные К. и металлоподобные разлагаются и плавятся при более высоких т-рах. В периодич. системе в пределах группы т-ры плавления К. возрастают с увеличением порядкового номера металла и обычно в 1,5-2 раза выше, чем т-ры плавления соответствующих металлов. Это обусловлено высокой прочностью связи М-С. Металлоподобные К. обладают металлич. проводимостью, для них характерен положит. температурный коэф. r. Для сесквикарбидов величина r (достигает 500 мкОм. см) примерно на порядок выше, чем для дикарбидов и монокарбидов (20-50 мкОм. см). Дикарбиды РЗЭ также обладают металлич. св-вами. Карбиды В и Si, а также Be, Mg и Аl - полупроводники. Мех. св-ва К. зависят от прочности хим. связи, степени ее ковалентности и межатомного расстояния. наиб. высокой твердостью обладают карбиды В, Si, Be, а также монокарбиды РЗЭ и переходных металлов; твердость последних уменьшается при переходе от К. подгруппы IVа к К. подгруппы VIa. Все К. при комнатной т-ре - хрупкие в-ва, их пластич. деформация возможна в условиях всестороннего сжатия при очень высоких напряжениях. Ионные К. разлагаются водой с образованием метана, ацетилена, метилацетилена или смеси углеводородов и гидроксида металла, напр.:

Аl 4 С 3 + 12Н 2 О : 4Аl(ОН) 3 + 3СН 4 ;

Na 2 C 2 + 2Н 2 О : 2NaOH +С 2 Н 2 ;

Mg 2 C 3 + 4Н 2 О : 2Mg(OH) 2 + С 3 Н 4 .

Ковалентные и металлоподобные К. не разлагаются водой и большинством минер. к-т и щелочей. Получают К. из элементов, восстановлением оксидов металлов, газофазным способом, металлотермически. Синтез из элементов осуществляют при высоких т-рах в вакууме или инертной атмосфере. В зависимости от технол. параметров процесса образуются порошки с размером частиц от 0,5 мкм до 2 мм. Синтез может осуществляться в режиме горения, т. к. в результате р-ции выделяется большое кол-во тепла, либо в плазме при 5000-10000 К в дуговых, высокочастотных и сверхчастотных плазмотронах. В результате быстрого охлаждения из парогазовой смеси элементов в плазмообразующем газе (Аr или Не) образуются ультрадисперсные порошки с размерами частиц 10-100 нм. Восстановлением оксидов металлов производят наиб. важные соед . - бора карбиды, кремния карбиды, а также вольфрама карбиды, титана карбид и др. К. переходных металлов. Газофазным способом получают К. из хим. соед., к-рые испаряются, разлагаются, а затем восстанавливаются и взаимод. друг с другом, напр.:

2МСl + 2ССl 4 + 5Н 2 : 2МС + 10НСl.

Чаще всего этот синтез осуществляют в плазме, получая дисперсные порошки. По металлотермич. способу оксиды металлов восстанавливают металлами (Mg, Al или Са) в присут. углерода, напр.:

МО + С + Мg : МС + МgО.

Особо чистые К., не содержащие кислорода и азота, синтезируют взаимод. С и металла в расплаве др. металла или сплава, напр. TiC получают в сплаве Fe Ni. Из ионных К. наиб. важен кальция карбид СаС 2 , из ковалентных В 4 С и SiC. Металлоподобные К. упрочняют чугун и сталь [Fe 3 C, (Fe,Cr) 3 C, Fe 2 W 2 C, (Fe,Cr,Mo) 23 C 6 ], они являются основой твердых вольфрама сплавов(WC, TiC, WC, TiC, TaC, WC) и др. твердых сплавов (TiC, VC, Сr 3 С 2 , ТаС), используемых для обработки металлов резанием. К. применяют также как восстановители, раскислители и катализаторы, они входят в состав жаропрочных и жаростойких композиционных материалов, в т. ч. керметов. Лит.: Стормс Э., Тугоплавкие карбиды, пер. с англ., М., 1970; Гольдшмидт X., Сплавы внедрения, пер. с англ., в. 1-2, М, 1971, Тот Л., Карбиды и нитриды переходных металлов, пер. с англ., М, 1974. Самсонов Г. В., Упадхая Г. Ш., Нешпор В. С., Физическое материаловедение карбидов, К., 1974, Высокотемпературные карбиды, под ред. Г. В. Самсонова, К, 1975, Карбиды и сплавы на их основе, под ред. Г. В. Самсонова, К, 1976, Свойства, получение и применение тугоплавких соединений, Справочник, под ред. Т. Я. Косолаповой. М, 1986, П. С. Кислый.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под ред. И. Л. Кнунянца . 1988 .

Читайте также: