Hafniumcarbid

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

Kristallstruktur
_ Hf4+ 0 _ C4−
Allgemeines
Name	Hafniumcarbid
Andere Namen	Hafniumkarbid Hafnium(IV)-carbid Hafniummonocarbid
Verhältnisformel	HfC
Kurzbeschreibung	graues Pulver[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 12069-85-1 EG-Nummer 235-114-1 ECHA-InfoCard 100.031.910 PubChem 16212551 Wikidata Q418001
Eigenschaften
Molare Masse	190,5 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	12,2 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	3890 °C[1]
Löslichkeit	nahezu 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 (0 °C, 1000 hPa).

Gewinnung und Darstellung

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

${\displaystyle \mathrm {HfO_{2}+3\ C\longrightarrow HfC+2\ CO} }$

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]

${\displaystyle \mathrm {Hf+C\longrightarrow HfC} }$

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

${\displaystyle \mathrm {HfCl_{4}+\ CH_{4}\longrightarrow \ HfC+4\ HCl} }$

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

Eigenschaften

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 Zweikomponentenelements 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 (HfC_0,99–HfC_0,60) sowie eine Vickershärte von 26,1 GPa und ein Elastizitätsmodul von 350–510 GPa. Es oxidiert an Luft ab 500 °C. Wie Titancarbid bildet es mit Sauerstoff und Stickstoff feste Lösungen.^[4]

Noch höher ist die Temperaturbeständigkeit von Tantalhafniumcarbid.

Verwendung

Der technischen Nutzung sind 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

1. Datenblatt Hafniumcarbid bei Alfa Aesar, abgerufen am 9. Februar 2010 (Seite nicht mehr abrufbar).
2. Datenblatt Hafnium(IV) carbide bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 3. April 2011 (PDF).
3. Georg Brauer (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band II, Ferdinand Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 1387.
4. Hugh O. Pierson: Handbook of Refractory Carbides & Nitrides: Properties, Characteristics ... William Andrew, 1996, ISBN 0-08-094629-1, S. 76 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
5. Dale L. Perry: Handbook of Inorganic Compounds, Second Edition. Taylor & Francis US, 2011, ISBN 1-4398-1462-7, S. 193 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

Normdaten (Sachbegriff): GND: 4412278-0 (lobid, OGND)