El carburo de circonio ( Zr C ) es un material cerámico refractario extremadamente duro , [7] utilizado comercialmente en brocas para herramientas de corte. Generalmente se procesa mediante sinterización .
Aparece como un polvo metálico gris con estructura cristalina cúbica . Es altamente resistente a la corrosión . Este carburo de metal de transición intersticial del Grupo IV también es miembro de la cerámica de temperatura ultra alta o (UHTC). Debido a la presencia de enlace metálico, ZrC tiene una conductividad térmica de 20,5 W/m·K y una conductividad eléctrica (resistividad ~43 μΩ·cm), ambas similares a las del metal circonio. El fuerte enlace covalente Zr-C le da a este material un punto de fusión muy alto (~3530 °C), un módulo alto (~440 GPa) y dureza (25 GPa). ZrC tiene una densidad menor (6,73 g/cm 3 ) en comparación con otros carburos como WC (15,8 g/cm 3 ), TaC (14,5 g/cm 3 ) o HfC (12,67 g/cm 3 ). El ZrC parece adecuado para su uso en vehículos de reentrada , motores de cohetes o estatorreactores o vehículos supersónicos en los que las densidades bajas y la capacidad de soportar cargas a altas temperaturas son requisitos cruciales. [ cita requerida ]
Al igual que la mayoría de los carburos de metales refractarios , el carburo de circonio es subestequiométrico, es decir, contiene vacantes de carbono. Con contenidos de carbono superiores a aproximadamente ZrC 0,98, el material contiene carbono libre. [5] El ZrC es estable para una relación carbono-metal que va de 0,65 a 0,98.
Los carburos metálicos del grupo IVA , TiC , ZrC y SiC son prácticamente inertes al ataque de ácidos acuosos fuertes (HCl) y bases acuosas fuertes (NaOH) incluso a 100 ° C, sin embargo, ZrC reacciona con HF.
La mezcla de carburo de circonio y carburo de tantalio es un material cermet importante . [ cita requerida ]
El carburo de circonio sin hafnio y el carburo de niobio se pueden utilizar como revestimientos refractarios en reactores nucleares . Debido a su baja sección transversal de absorción de neutrones y su baja sensibilidad a los daños bajo irradiación, se utiliza como revestimiento de partículas de dióxido de uranio y dióxido de torio del combustible nuclear . El revestimiento se deposita habitualmente mediante deposición química térmica en fase de vapor en un reactor de lecho fluidizado . También tiene una alta emisividad y una alta capacidad de corriente a temperaturas elevadas, lo que lo convierte en un material prometedor para su uso en radiadores termofotovoltaicos y puntas y conjuntos de emisores de campo. [ cita requerida ]
También se utiliza como abrasivo , en revestimientos , en cermets , filamentos incandescentes y herramientas de corte. [ cita requerida ]
El carburo de circonio se puede fabricar de varias maneras. Un método es la reacción carbotérmica de la circonia con grafito. Esto da como resultado un polvo. El ZrC densificado se puede fabricar entonces sinterizando el polvo de ZrC a más de 2000 °C. El prensado en caliente del ZrC puede reducir la temperatura de sinterización y, en consecuencia, ayuda a producir ZrC completamente densificado de grano fino. La sinterización por plasma de chispa también se ha utilizado para producir ZrC completamente densificado. [8]
El carburo de circonio también se puede fabricar mediante un procesamiento basado en solución. [9] Esto se logra refluyendo un óxido metálico con acetilacetona.
Otro método de fabricación es la deposición química de vapor. [10] Esto se logra calentando una esponja de circonio y analizando gas haluro a través de ella.
La baja resistencia a la oxidación por encima de los 800 °C limita las aplicaciones del ZrC. Una forma de mejorar la resistencia a la oxidación del ZrC es fabricar compuestos. Los compuestos importantes propuestos son ZrC-ZrB2 y ZrC-ZrB2 - SiC. Estos compuestos pueden funcionar hasta 1800 °C. [ cita requerida ] Otro método para mejorar esto es utilizar otro material como capa de barrera, como en las partículas de combustible TRISO.