碳化铌 | 12069-94-2

• 物质功能分类: 无机化工 - 无机盐 - 碳化物及碳酸盐
• 分子结构分类: 有机化合物 - 碳氢化合物衍生物
• 中文名称: 碳化铌
• 英文名称: niobium carbide
• 英文别名: Niobium carbide (NbC)；methane;niobium
• CAS: 12069-94-2
• 化学式: CNb
• 分子量: 104.917
• InChiKey: CLOIETWQBJYMFR-UHFFFAOYSA-N

物化性质

• 熔点：
  3500°C
• 沸点：
  4300°C
• 密度：
  7.6 g/mL at 25 °C(lit.)
• 溶解度：
  不溶于水、酸溶液
• 稳定性/保质期：
  在常温常压下稳定，避免与氧化物接触。它不溶于冷热盐酸、硫酸和硝酸，但能溶于热的氢氟酸和硝酸混合溶液中。在1000～1100 ℃范围内保持稳定，超过1100 ℃则会迅速氧化成五氧化铌。 碳化铌容易溶解于碳化钛、碳化锆和碳化钨等化合物中，并与之形成类质同晶固溶混合物。其晶体结构属于氯化钠型，晶格常数为4.471A（1A = 0.1nm），硬度比刚玉还高，微维氏硬度(负荷50g)达到2400kg/mm²。熔点高达3490℃。

计算性质

• 辛醇/水分配系数(LogP)：
  0.63
• 重原子数：
  2
• 可旋转键数：
  0
• 环数：
  0.0
• sp3杂化的碳原子比例：
  1.0
• 拓扑面积：
  0
• 氢给体数：
  0
• 氢受体数：
  0

安全信息

• TSCA：
  Yes
• 危险等级：
  4.1
• WGK Germany：
  3
• 危险品运输编号：
  UN 3178
• 储存条件：
  常温密闭，阴凉通风干燥

制备方法与用途

碳化铌（NbC）是一种具有独特物理化学性质的金属间化合物。根据提供的信息，以下是关于碳化铌的一些关键点：

化学性质：

1. 晶体结构：碳化铌为绿色立方结晶，具有金属光泽。
2. 晶系与参数：属于氯化钠型立方晶系；晶格常数a=0.447nm。
3. 熔点：2300℃。
4. 硬度：显微硬度>235 GPa (约等于2400 kg/mm²)，比刚玉还硬。
5. 弹性模量：338000 N/mm²。
6. 热膨胀系数：6.65×10⁻⁶/℃。
7. 导热率：14 W/(m·K)。
8. 生成热：-140.7 kJ/mol。
9. 比热容：36.8 J/(mol·K)。
10. 电阻率：35μΩ·cm。

稳定性：

• 在1000～1100℃下稳定，但在1100℃以上则会迅速氧化成五氧化铌（Nb₂O₅）。
• 不溶于冷热盐酸、硫酸、硝酸；但可溶于热的氢氟酸和硝酸的混合溶液。

用途：

1. 硬质合金添加剂：用于三元或四元碳化物固溶体组分，如WC-NbC-C系。
2. 紫色人造宝石：可用于制造具有独特颜色的人造宝石。
3. 超级硬质合金：与碳化钨（WC）和碳化钽（TaC）配合制备。

生产方法：

1. 五氧化二铌还原法：

   • 将五氧化二铌与炭黑按比例配制成混合物，并装入石墨坩埚。
   • 在氢气或真空条件下加热至1600～1800℃，进行第一次碳化。
   • 补加炭黑并再次加热至1800～1900℃，完成第二次碳化。

2. 直接法：

   • 使用金属铌粉和炭黑按比例配合，经充分混合后，在真空或氢气中加热至1600～1700℃，使其直接碳化。

3. 气相反应法：

   • 以五氯化铌蒸气、氢气及甲烷的混合气体为原料。
   • 先在电加热温度达1000℃以上的钨丝上形成金属铌层。
   • 再通入甲烷和氢气混合气体，使铌碳化成碳化铌沉积在热钨丝表面。

总结

碳化铌因其优异的硬度、耐高温性能等特性，在硬质合金制造、人造宝石等领域具有广泛应用。不同制备方法的选择取决于具体应用需求及原材料成本等因素。

反应信息

• 作为反应物：
  描述：

  碳化铌 在 氯 作用下， 以 melt 为溶剂， 生成 铌
  参考文献：
  名称：

  DE1072393

  摘要：

  公开号：
• 作为产物：
  描述：

  五氯化铌 在 Mg 、 Al 作用下， 以 neat (no solvent) 为溶剂， 生成 碳化铌
  参考文献：
  名称：

  Gmelin Handbuch der Anorganischen Chemie, Gmelin Handbook: Nb: MVol.B1, 88, page 188 - 190

  摘要：

  DOI：
• 作为试剂：
  描述：

  苄基甲基硫醚 在 碳化铌 、 双氧水 作用下， 以 乙醇 、 水 为溶剂， 反应 1.75h， 以99%的产率得到苄基甲基砜
  参考文献：
  名称：

  碳化钽或碳化铌催化氧化硫化物与过氧化氢：亚砜和砜的高效化学选择性合成

  摘要：

  在碳化钽催化下用 30% 的过氧化氢氧化硫化物，以高产率提供相应的亚砜。在碳化铌催化下硫化物与 30% 过氧化氢的反应有效地提供了相应的砜。这些催化剂可以容易地从反应混合物中回收并且可以重复用作氧化催化剂而不会失去它们的活性。

  DOI：

  10.1055/s-0029-1219947

文献信息

• X-ray photoelectron spectroscopy studies of the electronic structure of superconducting Nb2SnC and Nb2SC
  作者：M. Romero、L. Huerta、T. Akachi、J.L. Sánchez Llamazares、R. Escamilla

  DOI：10.1016/j.jallcom.2013.05.214

  日期：2013.12

  Abstract X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to investigate the binding energies and valence band of the Nb 2 SnC and Nb 2 SC compounds. The Nb 3d 5/2 , Sn 3d 5/2 , S 2p 3/2 and C 1s core levels associated with the chemical states of Nb 2 SnC and Nb 2 SC were identified. The spectra for Nb 2 SnC revealed Nb and Sn oxides on the surface of the sample, mainly Nb 2 O 5 and SnO 2 , while the

  摘要 X 射线光电子能谱 (XPS) 用于研究 Nb 2 SnC 和 Nb 2 SC 化合物的结合能和价带。确定了与 Nb 2 SnC 和 Nb 2 SC 的化学状态相关的 Nb 3d 5/2 、Sn 3d 5/2 、S 2p 3/2 和 C 1s 核心水平。Nb 2 SnC 的光谱显示样品表面有 Nb 和 Sn 氧化物，主要是 Nb 2 O 5 和 SnO 2 ，​​而 Nb 2 SC 只有 Nb 2 O 5 氧化物。在 Ar + 离子蚀刻后，两个样品中氧化物的强度均降低。将 Nb 3d、Sn 3d、S 2p 和 C 1s 核心能级与金属 Nb、Sn、S 和 C 参考材料进行比较，我们观察到两个样品中 Nb 3d 5/2 的化学位移为正，C 1s 的化学位移为负. 这些结果表明电荷转移模型适用于 Nb 2 SnC 和 Nb 2 SC 化合物。最后，
• Low-Temperature Formation of Ultra-High-Temperature Transition Metal Carbides from Salt-Polymer Precursors
  作者：Andrea D. Adamczak、Adam A. Spriggs、Danielle M. Fitch、Miladin Radovic、Jaime C. Grunlan

  DOI：10.1111/j.1551-2916.2010.03724.x

  日期：2010.8

  Refractory transition metal carbides were produced via carbothermal reduction of transition metal halides in a polymer precursor at low temperatures (<1200°C). This approach was used to generate TaC (Tm=3883°C), NbC (Tm=3610°C), and WC (Tm=2870°C) from TaBr5, NbBr5, and WCl4/WCl6, respectively. Solubility of transition metal halides and polymers in the same organic solvents allows for intimate mixing on the molecular level, which reduces the synthesis temperature. Greater than 90% TaC conversion was achieved by exposing a 50:50 weight ratio mixture of TaBr5 and polyimide (or polystyrene) to 1200°C for 1 h. Even at temperatures as low as 1000°C, the major product remains TaC. The ability to process these high‐temperature materials so simply, and at relatively low temperatures, makes them accessible for different applications requiring thermal protection such as coatings for metallic components of hypersonic aircraft, rocket engine components, fibers, or refractory containers.

  采用碳热还原法，在低温度（<1200°C）条件下，利用聚合物前驱体中过渡金属卤化物的热还原，成功制备了耐高温的过渡金属碳化物。该方法能够生成钽碳化物（TaC，其熔点高达3883°C）、铌碳化物（NbC，熔点为3610°C）以及 tungsten 碳化物（WC，熔点为2870°C），分别由钽溴化物（TaBr₅）、铌溴化物（NbBr₅）、以及钨氯化物（WCl₄/WCl₆）为原料制得。由于过渡金属卤化物和聚合物在同一种有机溶剂中的良好溶解性，两者可在分子层面上充分混合，从而显著降低合成温度。实验数据显示，将质量比为50:50的钽溴化物与聚酰亚胺（或聚苯乙烯）混合物在1200°C下处理1小时，TaC的转化率超过90%。即使在1000°C的较低温度下，主要产物仍为TaC。这种能够在相对低温条件下简便制备高温材料的方法，使其在需要热防护的各种应用中具有广阔前景，如高超音速飞行器金属部件、火箭发动机部件的涂层，以及耐火容器等。
• Syntheses of metal nitrides, metal carbides and rare-earth metal dioxymonocarbodiimides from metal oxides and dicyandiamide
  作者：M. Lei、H.Z. Zhao、H. Yang、B. Song、L.Z. Cao、P.G. Li、W.H. Tang

  DOI：10.1016/j.jallcom.2007.05.076

  日期：2008.7

  organic reagent dicyandiamide and metal oxides as precursors to prepare metal nitrides, carbides and rare-earth metal dioxymonocarbodiimides in sealed ampoules. Some fine divided nitride and carbide nanoparticles with small and uniform size can be easily obtained at the relatively low temperatures. It is interesting to find that dicyandiamide is not only a highly efficient nitridation reagent but also

  我们通过选择有机试剂双氰胺和金属氧化物作为前驱体，在密封安瓿中制备金属氮化物、碳化物和稀土金属二氧单碳二亚胺，设计了一种简便高效的固态反应方法。在相对较低的温度下，可以很容易地获得一些细小且均匀尺寸的氮化物和碳化物纳米粒子。有趣的是发现双氰胺不仅是一种高效的氮化试剂，也是一种高效的渗碳试剂，可以作为直接合成稀土金属二氧单碳二亚胺的前驱体。提出了一种可能的机制来解释有机试剂与金属氧化物之间的反应结果。
• Positron lifetime in non-stoichiometric carbides with a B1(NaCl) structure
  作者：A A Rempel、M Forster、H -E Schaefer

  DOI：10.1088/0953-8984/5/2/013

  日期：1993.1.11

  The positron lifetimes in the carbides of the tetravalent group IV transition metals are found to be similar to those in the corresponding pure metals whereas in the carbides of the pentavalent group V metals the positron lifetimes are by about 40 ps longer than in the pure metals. A representation of the positron annihilation rate versus the density of metal valence electrons demonstrates that the

  发现四价第 IV 族过渡金属的碳化物中的正电子寿命与相应的纯金属中的正电子寿命相似，而在五价第 V 族金属的碳化物中，正电子寿命比纯金属长约 40 ps。正电子湮灭率与金属价电子密度的关系表明，在这些碳化物中，正电子主要与金属价电子湮灭。这一结果得到了 NbCy 中正电子寿命随碳空位含量为 1-y 的减少的有力支持，并被解释为碳亚晶格空位上的正电子湮灭。
• Li-intercalated ReO3-type solid solutions in the Nb2O5–WO3 system
  作者：Hirotoshi Yamada、Mitsuhiro Hibino、Tetsuichi Kudo

  DOI：10.1016/s0025-5408(99)00090-2

  日期：1999.4

  ReOsub 3}-type solid solutions in the Nbsub 2}Osub 5}-WOsub 3} system were synthesized by heat treatment of niobium-doped peroxo-polytungustic acids at relatively low temperature ranging from 600 to 1,000 C. The resultants cooled from 1,000 C to room temperature were monoclinic in the composition range 0 le} x le} 0.05 [x = Nb/(Nb + W)] and tetragonal for 0.05 0.25. The Rietveld structural refinement

  在 Nbsub 2}Osub 5}-WOsub 3} 体系中的 ReOsub 3} 型固溶体是通过在 600 到 1,000 的相对较低温度下对掺铌的过氧多钨酸进行热处理合成的C. 从 1,000 C 冷却到室温的产物是组成范围为 0 le} x le} 0.05 [x = Nb/(Nb + W)] 的单斜晶系和 0.05 0.25 的四方晶系。Rietveld 结构改进表明 x = 0.118 处的四方化合物采用扭曲的 ReOsub 3} 型结构 [a = 5.2961(5), c = 3.8534(4) 埃} at 25 C]，类似于高WOsub 3} 的-温度形式，其中一些氧是空的，金属元素是随机分布的。使用 0.016 M 正丁基锂/正己烷溶液在 25°C 下将锂化学插入到这种四方主体骨架中。