Carbure de zirconium

Carbure de zirconium
__ Zr4+     __ C4− Structure cristalline du carbure de zirconium
Identification
No CAS	12070-14-3
No ECHA	100.031.920
No CE	235-125-1
No RTECS	ZH7155000
PubChem	159434
Propriétés chimiques
Formule	CZrZrC
Masse molaire[1]	103,235 ± 0,003 g/mol C 11,63 %, Zr 88,37 %,
Propriétés physiques
T° fusion	3 540 °C[2]
T° ébullition	5 100 °C[3] à 1 atm
Masse volumique	6,73 g·cm-3[2]
Cristallographie
Système cristallin	Cubique
Classe cristalline ou groupe d’espace	(no 225) cubique Hermann-Mauguin : ${\displaystyle F\ 4/m\ {\bar {3}}\ 2/m\,}$ Hermann-Mauguin court : ${\displaystyle Fm{\bar {3}}m\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle O_{h}^{5}\,}$
Structure type	Halite
Précautions
SGH[2],[4]
Danger H228, P210, P240, P241, P280 et P370+P378 H228 : Matière solide inflammable P210 : Tenir à l’écart de la chaleur/des étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. — Ne pas fumer. P240 : Mise à la terre/liaison équipotentielle du récipient et du matériel de réception. P241 : Utiliser du matériel électrique/de ventilation/d’éclairage/…/antidéflagrant. P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P370+P378 : En cas d’incendie : utiliser … pour l’extinction.
NFPA 704[2]
2 0 0
Transport[2],[4]
-    3178    Numéro ONU : 3178 : SOLIDE INORGANIQUE INFLAMMABLE, N.S.A. Classe : 4.1 Étiquette : 4.1 : Matières solides inflammables, matières autoréactives, matières solides explosibles désensibilisées et matières qui polymérisent Emballage : Groupe d'emballage II/III : matières moyennement/faiblement dangereuses.
Composés apparentés
Autres anions	Nitrure de zirconium, Dioxyde de zirconium
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le carbure de zirconium est une céramique ultraréfractaire ultradure de formule chimique ZrC. Il se présente sous la forme d'une poudre grise inodore quasiment insoluble dans l'eau. Il est insoluble dans l'acide chlorhydrique et dans l'acide sulfurique, mais est soluble dans l'acide nitrique. Il reste stable par chauffage à l'air libre jusqu'à 800 °C. Il présente une structure cristalline de type halite avec un écart à la stœchiométrie de ZrC_0,99 à ZrC_0,55. Sa dureté Vickers est de 25,5 GPa et son module de Young est compris entre 350 et 440 GPa^[5].

Le carbure de zirconium forme des tétrahalogénures avec des halogènes à des températures supérieures à 250 °C^[3]. Comme le carbure de titane, il forme des solutions solides avec l'oxygène et l'azote. En raison de son prix élevé et de la difficulté d'en éliminer les impuretés^[6], il n'est cependant utilisé que pour les revêtements de combustibles dans les réacteurs nucléaires et les réacteurs à fusion, à la différence du carbure de titane.

Le carbure de zirconium peut être obtenu à l'aide de procédés semblables à ceux utilisés pour produire du carbure de titane. Il est par exemple possible de procéder par réduction carbothermique du dioxyde de zirconium ZrO₂ :

ZrO₂ + 3 C ⟶ ZrC + 2 CO.

Il est également possible de procéder par synthèse directe à partir des éléments à plus de 2 000 °C :

Zr + C ⟶ ZrC.

Le carbure de zirconium étant très sensible à l'azote, on réalise un frittage poussé sous atmosphère inerte d'argon très pur. Le carbone tend à se dissoudre dans le carbure de zirconium, ce qui abaisse son poiint de fusion à 3 100 °C ; le carbone précipite à nouveau lorsque le matériau refroidit.

Une voie alternative part du chlorure de zirconium(IV) ZrCl₄ avec du méthane CH₄ :

ZrCl₄ + CH₄ ⟶ ZrC + 4 HCl.

La production par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma a également été réalisée^[6].

Notes et références

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