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內容
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•前言
•碳化物型態及其特性
• 離子型碳化物
• 金屬型碳化物
• 共價型碳化物
•總結 前言
n碳與各種電負性比它小的元素結合而成的二元化合物﹐不包括碳與氮﹑磷﹑氧﹑硫和鹵素形成的化合物。
n碳化物有三種類型﹕
n 離子型碳化物
n 金屬型碳化物
n 共價型碳化物
離子型碳化物
•離子型碳化物，又稱為類鹽型碳化物，主要分為IA、ΠA、ⅢA、IB、ⅡB(除Hg外)和一些f過度元素(f層電子未填滿)與碳形成的二元化合物。這些碳化物含(C≡C
2-離子，通常具有NaCl型晶格;與水反應產生乙炔，故又稱為乙炔化物：
• 例如： CaC2+2H2O- -> Ca(OH)2+HC≡CH
•在這類碳化物中，碳化鈹和碳化鋁水解時產生甲烷，鎂的一種碳化物Mg2C3水解時產生丙烷 CH3-C≡CH
•離子型碳化物通常由活潑金屬所形成,如碳化鈣(CaC2) ,它是用焦炭(或無煙煤)和氧化鈣(生石灰)在電弧爐中高溫(2273K)烘燒而得到的物質,熔點在2300℃ ,此碳化鈣又名『電石』。 •純的碳化鈣是一種無色結晶狀固體,密度2.22克/厘米3(18 ℃) ,能導電,碳化鈣在紅熱時與氮作用(或吸收大氣中的氮)生成氫氨化鈣。當用水處理時,由於鈣離子或C2-/2的水解,立即生成碳的氫化物--乙炔。因此電 石是有機合成的重要原料。乙炔也可用於氣焊中。 金屬型碳化物
又稱為間充型碳化物主要是d過渡元素﹐特別是ⅥB﹑ⅦB族及鐵系元素與碳形成的二元化合物。其結構特點是碳原子充填在密堆積金屬晶格的四面體孔 穴中﹐不影響金屬的導電性。對於原子半徑大於1.3埃的金屬﹐碳原子不會使金屬晶格變形﹐只使晶格更緊密堅實。這些金屬的碳化物具有極高的熔點和硬度﹐如 碳化鉭(見鉭)和碳化鎢等。
對於原子半徑小於 1.3埃的金屬﹐碳原子使原金屬晶格變形﹐碳的原子鏈貫穿在變形的金屬結構中﹐如鉻﹑錳﹑鐵﹑鈷和鎳的碳化物。這些金屬的碳化物的性質介於離子型和間充型之間﹐有較高的熔點和硬度﹐也能被水和酸分解生成烴類和氫的混合物。金屬型碳化物
又稱為間充型碳化物主要是d過渡元素﹐特別是ⅥB﹑ⅦB族及鐵系元素與碳形成的二元化合物。其結構特點是碳原子充填在密堆積金屬晶格的四面體孔穴 中﹐不影響金屬的導電性。對於原子半徑大於1.3埃的金屬﹐碳原子不會使金屬晶格變形﹐只使晶格更緊密堅實。這些金屬的碳化物具有極高的熔點和硬度﹐如碳 化鉭(見鉭)和碳化鎢等。
對於原子半徑小於 1.3埃的金屬﹐碳原子使原金屬晶格變形﹐碳的原子鏈貫穿在變形的金屬結構中﹐如鉻﹑錳﹑鐵﹑鈷和鎳的碳化物。這些金屬的碳化物的性質介於離子型和間充型之間﹐有較高的熔點和硬度﹐也能被水和酸分解生成烴類和氫的混合物。碳化鉭
•特性：碳化鉭TaC 為棕色固體粉末，硬而質
•重，有很高的化學穩定質和良好的高溫性能。
•密度為14.5g/cm^3，熔點：3875℃，沸點：
•5500℃。
•應用方面：碳化鉭微細粉末是一種重要的金屬
•陶瓷材料，用它做成的刀具，可耐3800℃以下
•性的高溫，且其硬度可與金剛石相比美，但價
•格頗高。作為鎢基硬合金的晶粒細化劑，可明
•顯提高合金性能，其用量達到碳化鎢基硬質合
•金產量的0.5-5%。
碳化鈦
•特性：鈦基硬質合金不含或少含WC，與WC基合
• 金相比，密度小，硬度較高，對鋼的摩
• 擦因數較小，切削時抗粘結、抗擴散磨
• 損的能力較強，具有極好的耐磨性，但
• 抗崩刃性稍差。近年來，由於控制了燒
• 結溫度與燒結氣氛，及晶粒細化措施，
• 使性能大大提高。
成份：TiC基硬質合金是以TiC為主的TiC-Ni-
Mo合金。Ni作為粘結金屬，增加其含
量，可提高合金的強度，但卻會使合
金的硬度降低。向Ni中添加Mo（或
Mo2C），可改善液態金屬對TiC的濕潤
性，使TiC晶粒變細。當Ni含量一定時
（如含10%Ni），增加Mo的含量，可提
高合金強度和硬度。Ni和Mo的含量通
常為20%~30%。
應用：鈦基硬質合金可以用比普通鎢基硬質合金更高的切削速度切削，加工的表面質量好，特別適於鋼材和鑄件的精加工和半精加工。隨著塗層鈦基硬質合 金、超細晶粒和納米晶粒以及梯度結構鈦基硬質合金的開發，使材料的綜合性能大大提高。梯度結構鈦基硬質合金利用傾斜功能材料原理製成，各層成份可根據需要 加以調節，可用作航空工業上的熱防護材料、汽車發動機的燃燒室材料、以及梯度刀片材料等。如日本住友電工公司CN8000型刀片的表面為20μm厚的高硬 度耐磨的Cermet層，晶體組織呈連續傾斜結構，可一刀兩用（粗精加工用一把刀具），減少刀具品種，節省刀具成本。
共價型碳化物
•特性：共價型碳化物 主要是硅和硼的碳化
• 物﹐如碳化矽和碳化硼。在這些碳化
• 物中﹐碳原子與矽﹑硼原子以共價鍵
• 結合﹐屬原子晶體。它們具有高硬
• 度﹑高熔點，耐高溫，耐磨耗，重量
• 輕，摩擦係數低，耐氧化及化學腐蝕
• 抵抗能力等特點。茲舉例碳化矽與碳
• 化硼如下。
•碳化矽由矽元素和碳元素構成，因元素排列
•方式的不同、有很多種結晶類型。其中，立
•方體單結晶的電氣特性最好，不過，高品質
•結晶不易培育，必須開發結晶生長技術。另
•外，要想製作碳化矽元件，關鍵在於對形成
•pn結時必須的導電類型的控制以及優質絕緣
•膜形成技術的開發。
碳化矽
•碳化矽由矽元素和碳元素構成，因元素排列
•方式的不同、有很多種結晶類型。其中，立
•方體單結晶的電氣特性最好，不過，高品質
•結晶不易培育，必須開發結晶生長技術。另
•外，要想製作碳化矽元件，關鍵在於對形成
•pn結時必須的導電類型的控制以及優質絕緣
•膜形成技術的開發。
原子能研究所和產綜研2002年7月開始聯手開發，以便聯合對上述課題進行攻關，其中由產綜研負責在碳化矽底板上形成高品質單結晶的培育技術， 由原子能研究所負責開發電晶體製造技術。結果，產綜研在由日本HOYA尖端半導體公司提供的立方體結晶碳化矽底板上，使用通過對原料氣體進行熱分解使之在 底板上堆積成分元素的化學氣相成長法，對條件進行優化，成功地形成了優質的p型立方體結晶膜。
碳化硼
碳化硼：碳和硼的結晶化合物。碳化硼是極硬的合成物，用於研磨和抗磨產品，用於輕的複合物，還用於核能發電的控制棒..
總結
製法和應用 這三類碳化物可由金屬﹑硅﹑硼或它們的氧化物在2000℃的高溫下與碳或烴類反應製得。
離子型碳化物中以碳化鈣最有用﹐主要做乙炔的原料。金屬型碳化物主要用作耐高溫﹑高硬度的特殊結構材料和高速切削工具材料﹐如碳化鉭和碳化鎢。共價型碳化物主要用作磨料﹐如碳化硅﹑碳化硼等
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