碳化锆

碳化锆金属陶瓷粉末
一、产品基本情况介绍：
碳化锆，ZrC=103.22，含碳11.64%，灰色金属状粉末,它是一种金属陶瓷粉末。碳化锆金属陶瓷粉末是通过新工艺生产出来的一种新型材料，化学式为ZrC，属于典型的NaCl型面心立方结构，晶格常数为0.46930nm空间群为Fm3m，C原子和Zr原子半径比为0.481，小于0.59，形成简单的间隙相，Zr原子形成紧密的立方晶格，C原子处于晶格的八面体间隙位置。碳化锆的熔点为3540℃，理论密度6.73g/cm3，热膨胀系数6.7×10-6℃-1，显微硬度2600kg/mm2，电阻率为57～75/μΩ•cm，开始强烈氧化的温度为1100～1400℃。不溶于盐酸，但溶于硝酸。
二、性能技术特点：
本产品纯度高、粒度分布均匀，高表面活性，具有耐高温、抗氧化、强度高、硬度高、导热性良好，韧性好，碳化锆是一种重要的高熔点、高强度和耐腐蚀的高温结构材料,并具有高效吸收可见光,反射红外线和储能等的特性。
牌号GRADE 化学成分(%) 平均粒度Particle size FSSS(μm)
CHEMICAL COMPOSITION(%)
总碳 游离碳 　 　
　 　
Ctotal Cfree Nb Fe Si O N Na K Ca
ZrC-1 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 1.0-2.0
ZrC-2 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 2.1-3.9
ZrC-3 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 4.0-5.9
ZrC-4 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 6.0-7.9
ZrC-5 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 8.0-9.9
ZrC-6 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 10-15
ZrC-N1 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 0.05-0.1
ZrC-N2 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 0.1-0.2
ZrC-N3 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 0.2-0.3
ZrC-N4 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 0.3-0.4
ZrC-N5 ≥11.2 ≤0.40 0.01 0.05 0.05 0.5 0.10 0.01 0.005 0.01 0.4-0.5
*成分组成及平均粒度可根据用户要求进行调整*

三、产品应用及案例
碳化锆金属陶瓷粉末是制备高性能硬质合金、航空航天、原子能、纺织、电子、涂层和冶金自动化等高新技术领域的关键材料。
1、纳米碳化锆应用于新型保温调温纺织品中， 碳化锆具有高效吸收可见光,反射红外线的特性,当它吸收占太阳光中95%的2μm以下的短波长能源后,通过热转换,可将能源储存在材料中，它还具有反射超过2μm红外线波长的特性。而人体产生的红外线波长约10μm左右,当人们穿了含Nano – ZrC纺织衣时，人体红外线将不易向外散发。这说明碳化锆具有理想的吸热、蓄热的特性。产品可应用于新型保温调温纺织品中。而采用陶瓷纤维作为填充料的保暖内衣恰恰克服了过去产品的弊端，真正成为既具保暖又有舒适度的保暖内衣新材料。这种材料的特点是可以有效地把进入纤维的可见光转化成热量放出，并蓄积在服装内的小气候空间，直到产生增温保温的作用。这种纤维是将一种属于碳化锆系列的陶瓷微粒混入聚酯切片中纺丝制成的。碳化锆是在太阳能利用中使用的一种重要材料，它存在于纤维之中，有可以直接将可见光转化为热能（红外线）的作用。当这部分热量被释放到服装内空间并和人体发出的热理（远红外线）一起，在生理饱和压差的驱使下，随同小气候环境中的空气向服装外散发时，又会因含碳化锆的纤维材料对高波长的红外线与远红外线有很高的反射能力，而把空气中这一部分热量重新反射到人体上，从而起到保温的作用。采用陶瓷纤维作为填充料的保暖内衣，由于陶瓷纤维的高保暖性，所以用少量材料就可以保暖，使得这样的内衣既美观且舒适度大大增加；又因为采用聚酯切片作为载体，其良好的洗后稳定性，又保证了这种新型材料内衣的耐洗性能。
2、纳米碳化锆应用于尼龙， 采用碳化锆系化合物微粒子加入尼龙和涤纶纤维中，使其高效吸收太阳能并转换为热量的一种面料，即远红外保温面料。提高了保温性，对在寒冷环境中的服装很有实际意义。日本尤尼奇卡与Descente合作生产的放热纺织品“So1ar ＆ Micro Type”(太阳微细型)，是把碳化锆(ZrC)加到尼龙丝中去，这种纺织品用于制作运动服，用60分特15根和130分特32根丝织成的服装在1998年长野的冬奥会上被西班牙、澳大利亚和加拿大的国家代表队选用。
3、纳米碳化锆应用于纤维 ，不同碳化锆和碳化硅微粉含量和添加方式对纤维近红外吸收性能有影响，当纤维中的碳化锆或碳化硅含量达到4%（重量）时，纤维的近红外线吸收性能*佳，将碳化锆和碳化硅添加在纤维的壳层中的近红外线吸收效果优于添加在芯层中的效果。研究了相变材料微胶囊和纳胶囊的制备工艺对胶囊结构和性能的影响，并通过添加过冷结晶防止剂的方法降低了微胶囊的过冷度。研究了采用相变材料微胶囊熔融纺丝和溶液纺丝工艺制备蓄热调温纤维的工艺、纤维结构和性能，分别制成了含有20％（重量）和30％（重量）相变材料微胶囊的纤维，这些纤维具有明显的热能吸收储存功能，加工成的纺织品具有温度调节功能。
4、尤尼吉可纤维公司的"Thermotron"是在纱线的芯部加入碳化锆微粒，将太阳光（可视光线）转换为热能的同时，反射身体发出的远红外线进行保暖。钟纺合纤公司的蓄热保温聚酯材料"Ceramino"是将远红外线吸收物质均匀地渗透到纤维的分子构造上，从而提高对太阳光等外部红外线的吸收率。同时，吸收人体发出的红外线并转换为热量，发挥其蓄热保温的效果。另外，通过染色工序的特殊处理，消除粗硬的手感。富士纺公司的"INSERARED"是加入放射远红外线陶瓷成分的聚酯纤维与棉的混纺素材。不仅适用于内衣，还可用于床上用品等。可乐丽公司也推出了许多远红外线相关的商品。"LONWAVE"就是通过加入陶瓷成分从而提高保温性能的。　　
5、织物吸收阳光能源，将其转换成热量，保存於织物裏，达到保暖的效果，此类产品已由Unitika开发完成，称之为"Solor-a"，在共轭聚酯纤维芯的部份加入碳化锆、使织物有保暖的效果。
6、阳光蓄热保温整理
人体热能的散发，以辐射方式为*多，因此设法减少这种散发则保温效果*好。例如，在涂层树脂中混入铝金属颗粒，可以增强对辐射的反射作用，有较好的保温效果。
在涂层树脂中加入陶瓷粒子或碳粒子，也可增强反射作用，既可以阻止外面入射进的辐射线（例如紫外线），起防护作用，也可以阻止体内热能辐射出来，增强保温作用。某些陶瓷颗粒还可以吸收人体放出的热能，再放出远红外线，使保温性进一步得到加强。不过这种性能还不能充分满足冬季运动服装的轻盈保暖的要求，仍然属消极保温织物。
积极保温织物有利用电池和膜状发热体将电能转换为热能的电热织物，有利用铁粉等材料被空气中氧气氧化而发热的化学反应发热织物等，但它们有携带不便和耐久性差等问题。
利用太阳能集热装置，选择性地吸收太阳能，然后逐渐放出，可以*地利用太阳能来保温。对太阳能有选择性吸收的物质包括碳化锆（ZrC）。事实上，已发现周期表第Ⅳ族过渡金属的碳化物都具有如下的特性：当光照射时能将0.6eV以上的高能辐射线吸收并转换成热能，能量低于0.6eV的辐射线则被反射不被吸收。太阳的电磁波辐射线的大部分可被它们吸收，并转换成热能放出。
ZrC粉末经1000nm的辐射线照射后温度会明显升高，表明其有很好的蓄热作用。如将ZrC混入纤维，开发可吸收太阳辐射线中的可见光和近红外线，并可反射人体热辐射具有保温功能的所谓阳光蓄热保温织物，适合制作冬季运动服、男女服装面料，以及游泳衣等新产品。
阳光蓄热纤维可吸收太阳辐射中的可见光与近红外线，反射人体热辐射，具有良好的保温功能。它以添加Ⅳ族过渡金属碳化物为主，当阳光照射时，该碳化物能将0.6V以上的阳光电磁波辐射线中的高能辐射线吸收并转化成热能，能量低于0.6V的辐射线则被反射不吸收。
日本许多公司在纤维和面料上添加生热材料，将太阳能转化为热能。尤尼吉卡公司将碳化锆微粉作为芯成分，制成阳光蓄热保温纤维Solar－α。它加工成服装后，阳光照射下服内温度可较普通服装高2～8℃。另外，帝人、钟纺和富士纺等公司也开发出阳光蓄热保温纤维和纺织品。而SokoSeiren公司的Thermostore是陶瓷涂层的锦纶、涤纶织物，它将光能转化为热能，具有较好的储热和保暖功能。
7、太极蒸肺背心采用宇航科技发热材料碳化锆可自动发热，阵阵热流疏通经络，双向双效分别作用于后背的心俞、肺俞、定喘和胸前的膻中、乳根等穴道，就像把穴道“蒸”开，使穴道扩大5倍，从而在人体内开通了一条直达隧道。3000高斯磁光波冲击穴道　 8000次脉冲药气蒸肺
太极蒸肺背心的前胸和后背对应2个道家秘藏药包内30000粒超能磁光石，可持续释放3000高斯的磁光波，对应相吸穿透身体，推动药气通过穴道进入病灶，以每分钟8000次脉冲的频率冲洗肺部及心脏部位，促使毒素垃圾的排出，从而实现咳喘病和心脏病的彻底有效治疗。
8、纳米碳化锆粉体填充于碳纤维中，大幅度提高碳纤维制品的耐磨性能、抗疲劳度、、耐高温性能和强度，已成功应用于中国航天科技集团公司第四研究院第四十三研究所的碳纤维产品上，为国防工业做出了贡献！既纳米碳化锆是一种新型碳碳复合功能材料的改性剂和添加剂。将碳化锆以一定比列添加与C/C复合材料中，可以显著提高复合材料的耐烧蚀性能，提高耐热等级，现广泛应用军事，航天领域。
9、纳米碳化锆粉体在抗红外线侦察的应用：
纳米碳化锆粉体不但吸收波长小于2μm的高能射线，而且反射波长大于2μm的低能射线。人体发射的热能的波长在10μm左右，因而人体穿着了加入纳米碳化锆粉体的纤维衣物，可以有效地防止人体热量辐射，从而避免被红外侦察设备发现，现已成功应用于军工领域。
10、碳化锆金属陶瓷粉末可用作电极、耐火坩埚和阴极电子发射材料。碳化锆金属陶瓷粉末具有优异的性能，使其在许多领域得到应用。由于其高的硬度，碳化锆金属陶瓷可作为磨料，用于各种硬金属、刚玉或玻璃的加工；还可制取耐磨、耐腐蚀的碳化锆坩埚和刀具，纳米碳化锆还可用做纳米硬质合金和航空航天等高端产品；另外还可以用于核燃料行业、电子设备、工具上的耐磨保护膜、超硬薄膜材料以及高亮度的电子发射膜。选取不同的工艺条件可得到不同性能的碳化锆涂层，低密度的疏松碳化锆涂层抗热应力和绝缘性能良好，可用作绝缘材料；高密度的致密碳化锆涂层抗渗透性能良好，可用作保护镀层。
纳米碳化锆可以应用到涂料中，做为耐高温涂料，提高材料的表面性能；
碳化锆是耐火材料的添加剂，是生产原子能级海绵锆的原料，由于其高温强度和硬度高、热中子吸收截面小、耐辐射性能好，被作为包覆核燃料颗粒阻挡层的新材料。碳化锆属于超硬材料，化学稳定性好，具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨性能，是良好的高温结构材料、超硬工具材料和表面保护材料。同时还具有优良的导热性，在切削工具材料、装甲材料、堆焊耐磨焊条等方向具有潜在的应用价值。
11、碳化锆在硬质合金上也有很大的发展空间，可以提高硬质合金的强度、耐腐蚀性。研究碳化锆对金属陶瓷刀具材料的组织和性能的影响表明：ZrC溶解在金属陶瓷中并形成了白色无芯颗粒（Zr，Ti，MO，W）C和黑色无芯颗粒（Ti，Zr，MO，W）C，一定含量的ZrC的加入大大提高了金属陶瓷的断裂性、抗热震性能，但使其抗弯强度由所降低。在以后的工作中，应致力于找出原料的*佳配比，使其性能达到*优。
另外ZrC还可以用于核燃料行业、电子设备、工具上的耐磨保护膜、超硬薄膜以及高亮度的电子发射膜。选取不同的工艺条件可得到不同性能的碳化锆涂层，低密度的疏松碳化锆涂层抗热应力和绝缘性能良好，可用作绝缘材料；高密度的致密碳化锆涂层抗渗透性能良好，可用作保护镀层。ZrC复合陶瓷应用方面可通过添加烧结助剂改善其烧结行为，获得价廉物美的ZrC制品。ZrC还是*耐火材料的添加剂，是生产海绵锆的原料。
连续纤维增强ZrC基防热结构复合材料密度小、比强度高、比模量高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，并且具有优异的耐烧蚀性或绝热性能，用于航天材料。
ZrC做铜的弥散增强相提高了铜的机械性能，ZrC/Cu材料的平均抗拉强度为359.45Mpa，布氏硬度HB为146.2，是纯铜的3倍多。ZrC作为第二相，可以显著提高钨的室温力学性能，加入体积分数为10%的碳化锆，抗弯强度可达889 Mpa，比纯钨的强度780 Mpa提高11%，也可以提供钼的机械强度。
以纳米ZrC为增强相的Cu/ZrC复合材料,研究了机械合金化过程中ZrC颗粒形貌、尺寸的变化,以及增强相的含量对复合材料抗拉强度、硬度、相对电导率及显微结构的影响。结果表明,纳米ZrC对于铜是一种有效的增强相,当纳米ZrC的质量百分含量为1%时,强化效果较佳,抗拉强度可达391MPa,相对电导率为502%，性能较优。高强高导铜基复合材料以其优良的导电性能,较高的强度及适中的价格,成为了一类具有优良的综合物理性能和力学性能的功能材料,多应用于集成电路的引线框架、各类点焊、滚焊机的电极、触头材料、电枢、电动工具的换相器等。但铜合金中的高强度和高导电性一直是一对相矛盾的特性,一般只能在牺牲电导率和热导率的前提下改善铜的力学性能,来获得高的强度。但采用稳定弥散相强化铜基材料却是解决这一矛盾的较好方法。通过向基体中引入均匀、细小、具有良好稳定性的颗粒以达到弥散强化铜的目的成为制备高强高导铜的一大热点，弥散强化铜基复合。




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