Hafniumdiborid ist eine anorganische chemische Verbindung des Hafniums aus der Gruppe der Boride. Neben dieser sind mit Hafniummonoborid HfB und Hafniumdodecaborid HfB12 zwei weitere Hafniumboride bekannt.
| Kristallstruktur | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| _ Hf _ B | ||||||||||
| Allgemeines | ||||||||||
| Name | Hafniumdiborid | |||||||||
| Verhältnisformel | HfB2 | |||||||||
| Kurzbeschreibung | grauer Feststoff | |||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||
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| Eigenschaften | ||||||||||
| Molare Masse | 200,11 g·mol−1 | |||||||||
| Aggregatzustand | fest | |||||||||
| Dichte | 10,5 g/cm³ (25 °C) | |||||||||
| Schmelzpunkt | 3100 °C | |||||||||
| Löslichkeit | praktisch unlöslich in Wasser | |||||||||
| Sicherheitshinweise | ||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. |
Gewinnung und Darstellung Bearbeiten
Hafniumdiborid kann durch Reaktion von Hafniumdioxid mit Kohlenstoff und Bortrioxid oder Borcarbid gewonnen werden. Es kann auch durch Reaktion von Mischungen aus Hafniumtetrachlorid, Bortrichlorid und Wasserstoff bei Temperaturen über 2000 °C oder direkt aus den Elementen dargestellt werden.
Für die Abscheidung von dünnen Schichten von Hafniumdiborid sind elektrochemische Verfahren bekannt.
Eigenschaften Bearbeiten
Hafniumdiborid ist ein grauer Feststoff, der praktisch unlöslich in Wasser ist. Die Verbindung wird von Flusssäure angegriffen, ist aber bei Raumtemperatur resistent gegenüber nahezu allen anderen Reagenzien. Sie oxidiert erst bei Temperaturen über 1500 °C. Die Vickers-Härte beträgt zwischen 2200 und 2900. Hafniumdiborid besitzt eine hexagonale Kristallstruktur vom Aluminiumdiborid-Typ C32 mit der Raumgruppe P6/mmm (Raumgruppen-Nr. 191). Sein spezifischer Widerstand beträgt 15 µΩ·cm und seine Härte 29 GPa.
Verwendung Bearbeiten
Hafniumdiborid wird in verschleißfesten Beschichtungen eingesetzt. Es wird auch als Material für Kontrollstäbe in Kernreaktoren und als Material für ICBM-Hitzeschilde oder aerodynamischen Leitkanten eingesetzt. Es ist auch Bestandteil von Hochtemperatur-Verbundwerkstoffen in Verbindung mit Siliciumcarbid. Es wird auch als Material für Heizelemente in Düsen von Tintenstrahldruckern eingesetzt. Da Hafnium und Zirconium chemisch sehr ähnlich zueinander sind, ist bei vielen Anwendungen beides anwendbar und geringe Verunreinigungen können zumeist toleriert werden. Anders verhält es sich bei kerntechnischen Anlagen, da Zirconium kaum mit Neutronen interagiert (es ist also „transparent“ für Neutronen) während Hafnium ein starker Neutronenabsorber ist. Daher fällt reines Hafnium fast nur als Koppelprodukt der Gewinnung von Zircalloy in der Kerntechnik an. Da 11B ebenfalls ein Neutronenabsorber ist, hat Hafniumdiborid in vielerlei Hinsicht exzellente makroskopische wie quantenphysikalische Eigenschaften für den Einsatz als Kontrollstab.
Einzelnachweise Bearbeiten
- ↑ Datenblatt Hafnium boride, powder, −325 mesh, 99 % trace metals basis bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 26. Februar 2018 (PDF).
- ↑ Datenblatt Hafnium boride, 99.5% (metals basis excluding Zr), Zr <2% bei Alfa Aesar, abgerufen am 26. Februar 2018 (PDF) (JavaScript erforderlich).
- ↑ Eula Bingham, Barbara Cohrssen: Patty’s Toxicology. John Wiley & Sons, 2012, ISBN 0-470-41081-7, S. 463 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Marcelle Gaune-Escard, Kenneth R. Seddon: Molten Salts and Ionic Liquids Never the Twain? John Wiley & Sons, 2012, ISBN 0-470-94776-4, S. 197 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Michael McNallan: High Temperature Corrosion and Materials Chemistry Proceedings of the Per Kofstad Memorial Symposium. The Electrochemical Society, 2000, ISBN 978-1-56677-261-7, S. 490 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Ian Hutchings, Philip Shipway: Tribology Friction and Wear of Engineering Materials. Butterworth-Heinemann, 2017, ISBN 978-0-08-100951-2, S. 171 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- John W. Lawson, Murray S. Daw, Charles W. Bauschlicher: Lattice thermal conductivity of ultra high temperature ceramics ZrB2 and HfB2 from atomistic simulations. In: Journal of Applied Physics. 110, 2011, S. 083507, doi:10.1063/1.3647754.
- ↑ Sreenivas Jayaraman, Y. u. Yang, Do Young Kim, Gregory S. Girolami, John R. Abelson: Hafnium diboride thin films by chemical vapor deposition from a single source precursor. In: Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 23, 2005, S. 1619, doi:10.1116/1.2049307.
- Loehman, R.E.. (2004). Ultrahigh-temperature ceramics for hypersonic vehicle applications. 71.
- D.S. Wuu, M.L. Lee, T.Y. Lin, R.H. Horng: Characterization of hafnium diboride thin film resistors by r.f. magnetron sputtering. In: Materials Chemistry and Physics. 45, 1996, S. 163, doi:10.1016/0254-0584(96)80096-4.