Hafniumcarbid

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Kristallstruktur
Strukturformel von Hafniumcarbid
__ Hf4+     __ C4−
Allgemeines
Name Hafniumcarbid
Andere Namen
  • Hafniumkarbid
  • Hafnium(IV)-carbid
  • Hafniummonocarbid
Verhältnisformel HfC
CAS-Nummer 12069-85-1
PubChem 16212551
Kurzbeschreibung

graues Pulver[1]

Eigenschaften
Molare Masse 190,5 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

12,2 g·cm−3[1]

Schmelzpunkt

3890 °C[1]

Löslichkeit

unlöslich in Wasser[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze
MAK

0,5 mg·m−3 (bezogen auf Hf)[1]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Hafniumcarbid (veraltet: Hafniumkarbid) ist eine chemische Verbindung der Elemente Hafnium und Kohlenstoff mit der Formel HfC, die sich durch ihre außerordentliche thermische und mechanische Beständigkeit auszeichnet.

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten]

Hafniumcarbid kann mit den gleichen Verfahren wie Titancarbid dargestellt werden. So kann es durch carbothermische Reduktion von Hafniumdioxid[3]

\mathrm{HfO_2  + 3 \ C \longrightarrow HfC + 2 \ CO}

oder durch Synthese aus den Elementen bei mehr als 2000 °C gewonnen werden. Da Hafniumcarbid sehr empfindlich gegen Stickstoff ist, muss bei der Hochsinterung mit sehr reinem Argon gearbeitet werden.[3]

\mathrm{Hf + C \longrightarrow HfC}

Es kann auch aus Hafnium(IV)-chlorid dargestellt werden.[3]

\mathrm{HfCl_4 + \ CH_4 \longrightarrow \ HfC + 4 \ HCl}

Ebenfalls möglich ist die Herstellung per Plasma-CVD.[4]

Eigenschaften[Bearbeiten]

Hafniumcarbid ist ein Einlagerungsmischkristall, in welchem der Kohlenstoff die oktaedrischen Lücken innerhalb des Hafniumkristalls ausfüllt. Mit einem Schmelzpunkt von etwa 3890 °C besitzt der Stoff die höchste Temperaturbeständigkeit jedes möglichen bekannten Zweikomponentenelementes und kann daher als refraktäres Material eingesetzt werden (Es ist noch nicht sicher, ob Hafniumcarbid oder Tantalcarbid den höheren Schmelzpunkt hat). Seine hohe Härte ist ebenfalls typisch für metallartige Carbide. Die Dichte beträgt 12,2 g·cm−3.

Hafniumcarbid besitzt eine Kristallstruktur vom Natriumchlorid-Typ mit beträchtlicher Phasenbreite (HfC0,99-HfC0,60). Es besitzt eine Vickershärte von 26,1 GPa und ein Elastizitätsmodul von 350-510 GPa. Es oxidiert an Luft ab 500 °C. Wie auch Titancarbid bildet es mit Sauerstoff und Stickstoff feste Lösungen.[4]

Noch höher ist die Temperaturbeständigkeit von Tantalhafniumcarbid.

Verwendung[Bearbeiten]

Der technischen Nutzung sind aber durch den relativ hohen Preis des Materials Grenzen gesetzt. Es werden jedoch Whisker und Beschichtungen aus diesem Material produziert.[4] Es wird auch in Kontrollstäben von Atomreaktoren eingesetzt.[5]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e Datenblatt Hafniumcarbid bei AlfaAesar, abgerufen am 9. Februar 2010 (JavaScript erforderlich).
  2. a b Datenblatt Hafnium(IV) carbide bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 3. April 2011 (PDF).
  3. a b c  Georg Brauer (Hrsg.): Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearb. Auflage. Band II, Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 1387.
  4. a b c  Hugh O. Pierson: Handbook of Refractory Carbides & Nitrides: Properties, Characteristics .... William Andrew, 1996, ISBN 008094629-1, S. 76ff (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  5.  Dale L. Perry: Handbook of Inorganic Compounds, Second Edition. Taylor & Francis US, 2011, ISBN 143981462-7, S. 193 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).