Diboruro di zirconio

Diboruro di zirconio
Magnesium-diboride-3D-balls.png
__ Zr 2+      __ B 3− Immagine STM della superficie ricostruita (2 × 2, orientamento 0001) di ZrB 2
ZrB2 STM crop.png
Identificazione
Nome IUPAC diboruro di zirconio
N o CAS 12045-64-6
N o ECHA 100.031.772
N o CE 234-963-5
SORRISI [Zr] (# B) #B
PubChem , vista 3D
InChI InChI: vista 3D
InChI = 1S / 2B.Zr
InChIKey:
VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N
Aspetto polvere grigio-nera
Proprietà chimiche
Formula bruta B 2 Zr
Massa molare 112,846 ± 0,016  g / mol
B 19,16%, Zr 80,84%,
Proprietà fisiche
T ° fusione 3000  ° C
Cristallografia
Sistema cristallino esagonale
Simbolo di Pearson
Classe di cristallo o gruppo spaziale P6 / mmm ( n o  191)esagonale

Hermann-Mauguin:
Hermann-Mauguin gestisce:

Schoenflies:
Precauzioni
SGH
SGH02: infiammabile H228, P210, P240, P241, P280, P370 + P378, H228  : Solido infiammabile
P210  : Tenere lontano da fonti di calore / scintille / fiamme libere / superfici riscaldate. - Vietato fumare.
P240  : Messa a terra / collegamento equipotenziale della presa e dell'apparecchiatura ricevente.
P241  : Utilizzare apparecchiature elettriche / di ventilazione / di illuminazione /… / a prova di esplosione.
P280  : Indossare guanti / indumenti protettivi / Proteggere gli occhi / Proteggere il viso.
P370 + P378  : In caso di incendio: utilizzare ... per estinzione.
NFPA 704

Simbolo NFPA 704.

1 1 1  
Trasporto
-
   3178   
Numero ONU  :
3178  : SOLIDO INORGANICO, INFIAMMABILE, NAS
Etichetta: 4.1  : Solidi infiammabili, sostanze autoreattive e solidi esplosivi desensibilizzati
Pittogramma ADR 4.1
Unità di SI e STP se non diversamente specificato.

Il diboruro di zirconio è un composto chimico di formula ZrB 2. È una ceramica altamente covalente avente una struttura cristallina del sistema esagonale .

Proprietà

ZrB 2è un ultraréfractaire ceramica ( UHTC ) avente un punto di fusione dell'ordine di 3000  ° C . Questo, unito alla sua bassa densità ( ~ 6,09  g cm -3 - la densità misurata sui campioni può essere maggiore a causa delle impurità dell'afnio ) lo rende un candidato per l'uso in applicazioni aerospaziali come il volo ipersonico o il sistema di propulsione a razzo . Questo è un materiale ceramico insolito avente conduttività termica ed elettricità relativamente elevata, proprietà che condivide con il diboruro di titanio e il diboruro di afnio , aventi anche strutture simili.

Sintesi

Il diboruro di zirconio può essere prodotto mediante deposizione chimica in fase di vapore (CVD). Il diidrogeno H 2viene utilizzato per ridurre i vapori del tetracloruro di zirconio ZrCl 4e boro tricloruro BCl 3a temperature superiori substrato 800  ° C .

Produzioni di parti

ZrB 2 partisono generalmente pressati a caldo (pressione applicata alla polvere riscaldata) quindi lavorati per dare loro la loro forma. La sinterizzazione di ZrB 2è ostacolata dalla natura covalente del materiale e dalla presenza di ossidi superficiali, che favoriscono la crescita  del grano (in) prima della densificazione. Sinterizzazione senza pressione di ZrB 2è possibile con additivi come il carburo di boro B 4 C e carbonio che reagisce con gli ossidi superficiali che aumenta la forza motrice per la sinterizzazione, ma produce parti con proprietà degradate rispetto a quelle ottenute per stampaggio a caldo.

L'aggiunta di SiC in una quantità di circa il 30% in massa a ZrB 2Viene spesso fatto per migliorare la sua resistenza all'ossidazione, il carburo di silicio forma uno strato protettivo di ossido simile allo strato di allumina sulle parti in alluminio.

Difetti e fasi secondarie nel diboruro di zirconio

Il diboruro di zirconio deriva la sua elevata resistenza meccanica dai suoi difetti atomici ad alta energia, cioè gli atomi non lasciano facilmente la loro posizione nel reticolo. Ciò significa una bassa concentrazione di difetti, anche ad alta temperatura, prevenendo così il cedimento  (dentro) del materiale.

Anche il legame tra le diverse sorgenti è molto forte, ma questo significa che la ceramica è molto anisotropa, con un diverso coefficiente di dilatazione in direzione "z" <001>. Anche se il materiale presenta eccellenti proprietà alle alte temperature, deve essere prodotto con estrema cura, poiché qualsiasi eccesso di zirconio o boro non verrà incorporato nella struttura di ZrB 2.(cioè il materiale manterrà la sua stechiometria ). Invece, questi atomi soprannumerari formeranno eutettici , che causeranno guasti in condizioni estreme.

Diffusione e trasmutazione in diboruro di zirconio

Anche il diboruro di zirconio è stato studiato per essere utilizzato come barra di controllo di un reattore nucleare , a causa della presenza di boro. Quando il boro 10 reagisce con un neutrone termico, produce litio 7 e una particella α (elio).

10 B + n esimo ⟶ [ 11 B] ⟶ α + 7 Li + 2,31  MeV .

La struttura a strati del diboruro di zirconio consente la diffusione di questo elio, che tende a migrare rapidamente tra questi strati, ma non nella direzione z . L'altro prodotto di trasmutazione, il litio 7 , è probabile che venga intrappolato nelle vacanze di boro lasciate dalla trasmutazione del boro 10 e non si propaghi nella struttura cristallina.

Note e riferimenti

  1. Antoine Fleurence, Rainer Friedlein, Taisuke Ozaki, Hiroyuki Kawai, Ying Wang e Yukiko Yamada-Takamura, "  Experimental Evidence for Epitassial Silicene on Diboride Thin Films  ", Phys. Rev. Lett. , vol.  108, n o  245501,11 giugno 2012( DOI  10.1103 / PhysRevLett.108.245501 )
  2. massa molecolare calcolata dal "  peso atomico degli elementi 2007  " su www.chem.qmul.ac.uk .
  3. "  Foglio composto di boruro di zirconio, 99,5% (base dei metalli escluso Hf)  " , su Alfa Aesar (accesso 3 marzo 2015 ) .
  4. E. Randich, "Boruri  depositati da vapore chimico della forma (Ti, Zr) B2 e (Ta, Ti) B2  ", Thin Solid Films , vol.  63, n o  21 ° novembre 1979, p.  309–313 ( DOI  10.1016 / 0040-6090 (79) 90034-8 )
  5. Ricerca S&T nel Missouri - Densificazione senza pressione del diboruro di zirconio con aggiunte di carbonio . mst.edu
  6. Missouri S&T Research - Analisi termodinamica di ZrB 2-Ossidazione SiC: formazione di una regione impoverita di SiC . mst.edu
  7. S.C. Middleburgh , “  scala atomica Modellazione dei difetti di punto in diboruro di zirconio  ”, Journal of American Ceramic Society , vol.  94, n o  7,2011, p.  2225-2229 ( DOI  10.1111 / j.1551-2916.2010.04360.x )