碳化鈮
物理性質
性狀:灰棕色金屬狀粉末,結合碳量為11.45%(質量分數),具有紫色光澤。
密度(g/mL,25℃):7.7
相對蒸汽密度(g/mL,空氣=1):8.47
熔點(oC):2300
19. 溶解性:溶于硝酸和氫氟酸的混合物,不溶于酸和水。
20. 晶格常數a=0.447 nm
21. 彈性模量338000 N/mm2
22. 熱膨脹系數6.65×10-6/K
23. 熱導率14 W/(m·K)
24. 生成熱-140.7 kJ/mol
25. 比熱容36.8 J/(mol·K)
26. 電阻率35 μΩ·cm。
作用與用途
常溫常壓下穩定
避免的物料 氧化物。不溶于冷熱鹽酸、硫酸、硝酸,溶于熱的氫氟酸和硝酸的混合溶液。在1000~1100 ℃下穩定,在1100 ℃以上則迅速氧化成五氧化鈮。碳化鈮易熔于碳化鈦、碳化鋯、碳化鎢等化合物中,并一起生成類質同晶固溶混合物。
屬于氯化鈉型晶體結構,晶格常數4.471A·(1A·=0.1nm),比剛玉還硬,微維氏硬度(負荷50g)是2400kg/mm2。熔點也很高,為3490℃[81,82]。
性質與穩定性
1.作為碳化物硬質合金添加劑,它是三元、四元碳化物固溶物組分,如WC-NbC-C三元系等。也可作紫色人造寶石。
2.用于生產耐磨薄膜及半導體薄膜。也可作生產碳化鉬的原料。可作制造無鉻的特殊合金及工程陶瓷等。
合成方法
1.五氧化二鈮還原法工業上通常以五氧化二鈮和炭黑為原料制備碳化鈮:首先將五氧化二鈮和炭黑按比例配成碳化料,使其充分混合,將其裝入石墨坩堝中,用高頻電爐在氫氣或真空條件下加熱至1600~1800 ℃,進行第一次碳化,然后再補加炭黑,使其充分混合,再于氫氣或真空下加熱至1800~1900 ℃,進行第二次碳化,即得碳化鈮。
其反應式如下:

2.直接法
以金屬鈮和炭黑為原料來制備碳化鈮:將金屬鈮粉和炭黑按比例配合,經充分混合后,在真空或氫氣中加熱至1600~1700℃,使其直接碳化即制得碳化鈮。

3.氣相反應法
以五氯化鈮蒸氣、氫氣及甲烷的混合氣為原料,制備碳化鈮:將五氯化鈮蒸氣和氫氣的混合氣,通過以電加熱的、溫度達1000℃以上的鎢絲上,這時在鎢絲表面形成金屬鈮層,再繼續通電使溫度升至1300℃,再通入甲烷和氫氣的混合氣,使鈮碳化成碳化鈮而沉積在熱鎢絲的表面,即為產品。

4.輔助金屬浴法。使用鈷作輔助金屬,選用Nb與Co按1∶2的比例組成金屬浴,用純石墨坩堝,在氫氣流中于塔曼爐中加熱至1800℃,冷卻后(升溫要在1h內,在最高溫度保持2~3h,在2h內冷卻至室溫)用濃鹽酸將鈷溶解除去,則得到粒度為100~200μm的粉末狀NbC,純度為含結合碳11.3%(質量分數),游離碳0.3%(質量分數)。用這個方法制得的NbC與TaC的情況相同,雜質特別是氧和氮的含量低為其特征(氧100×10-6,氮10×10-6以下)。
5.氣相反應法。把五氯化鈮NbCl5蒸氣和氫氣的混合氣體,通到經直接通電加熱至1000℃左右的鎢絲上,在鎢絲表面形成金屬鈮層,接著增大通過鎢絲的電流,以提高金屬鈮層溫度達1300℃。另外,將通向鎢絲表面的氣體,由上述的混合氣改換成甲烷和氫氣的混合氣,通到鈮層上部,使鈮碳化變成碳化鈮。

6.由金屬鈮經碳化制取。把氧化鈮Nb2O5或Nb2O3用氫還原制得的鈮粉或者將氫化鈮的粉末與炭黑按等摩爾比混合[用球磨機干式混合10h,然后加壓成型,用鈮粉時為高壓(294199.5kPa左右);用氫化鈮時為低壓(98066.5kPa左右)]。把這種加壓成型的粉末保存在純石墨坩堝或盤內,在氫氣流中(使用露點約-35℃的純氫)用塔曼爐或感應加熱爐加熱至1300~1400℃,使之滲碳形成碳化鈮。加熱時間決定于原料的用量和加熱爐電容,一般,必須在最高溫度下保持1h。
貯存方法
常溫密閉,陰涼通風干燥
生態學數據
通常對水是不危害的,若無政府許可,勿將材料排入周圍環境
計算化學數據
1、 氫鍵供體數量:0
2、 氫鍵受體數量:0
3、 可旋轉化學鍵數量:0
4、 拓撲分子極性表面積(TPSA):0
5、 重原子數量:2
6、 表面電荷:0
7、 復雜度:0
8、 同位素原子數量:0
9、 確定原子立構中心數量: 0
10、 不確定原子立構中心數量:0
11、 確定化學鍵立構中心數量:0
12、 不確定化學鍵立構中心數量:0
13、 共價鍵單元數量:2
毒理學數據
試驗方法:口服
攝入劑量: 15毫克/千克,女性30-31日(縣)后受孕
測試對象:嚙齒動物-兔
毒性類型:生殖
毒性作用: 1.對新生兒-活力指數(例如, #活著的每一天4 #活產)
2.對新生兒-增長的統計數據(例如% ,減少體重增加)
試驗方法:口服
攝入劑量: 28毫克/千克
測試對象:人力
毒性類型:急性
毒性作用: 1.腹瀉
2.其他變化
大鼠經口LD50:14000mg/kg;小鼠經口LD50:22000mg/kg。本品對眼睛、皮膚和黏膜有強烈刺激作用。人的口服致死量約為2~3g。碘蒸氣強烈刺激眼睛、皮膚和呼吸器官,長時間接觸碘或吸入碘蒸氣,可引起咳嗽、流鼻涕、流淚、發燒、頭痛、結膜炎、腮腺腫大、支氣管炎、鼻炎、復視、皮膚紅斑、皮膚黏膜出現水泡。重者則發生嘔吐、腹瀉、尿中出現蛋白和血紅蛋白。
分子結構數據
1、 摩爾折射率:27.98
2、 摩爾體積(m3/mol):66.1
3、 等張比容(90.2K):180.1
4、 表面張力(dyne/cm):54.8
5、 極化率(10-24cm3):11.09