碳化物、氮化物和硼化物-《普通化学》水果实验

通常所说的碳化物、氮化物和硼化物是指C、N 和B 元素与比它们电负性小的元素（氢除外，因为它们的氢化物自成一大类）所形成的二元化合物。

1.碳化物

碳化物有离子型碳化物、共价型碳化物和金属型碳化物3 种结构类型，下面分别加以介绍。

（1）离子型碳化物通常由活泼金属所形成，例如CaC2，其熔点较高（2 300℃），工业名叫电石，是获得乙炔的重要来源，其化学性质活泼，能够与水反应生成氢氧化钙和乙炔，即

（2）共价型碳化物都是非金属碳化物，SiC 和BC4是共价型碳化物的典型代表，它们的晶体结构与金刚石相似，均为原子晶体，熔点高，硬度大。SiC 熔点为2 827℃，并由于硬度大而被称为金刚砂，它耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀，高温下又不易变形，可在1 700℃高温下稳定使用。由于SiC 有很好的热稳定型和化学稳定性，机械强度高而热膨胀率低，因此可作为高温结构陶瓷材料，还可用作电阻发热体、变阻器、半导体材料（单晶）。BC4的熔点为2 350℃，硬度与金刚石相近，其耐研磨能力比SiC 高出50%，现已在工业上广泛用作磨料、砂轮、轴承、防弹甲和核反应堆的保护及控制材料等。(www.xing528.com)

（3）金属型碳化物是由碳与d 区金属元素如钛、锆、铌、钽、钼、钨、锰、铁等作用而形成的，实际上是原子半径小的碳原子进入金属晶格中形成的一种金属间隙化合物。这类碳化物的结构是一种合金形成的固熔体，其共同特点是具有金属光泽、能导电导热、熔点高、硬度大，但脆性也大。金属型碳化物中的碳与金属的量之比是可变的，一般来说，碳的比例越高，其硬度越大，脆性也越大；碳的比例低，则硬度变小，韧性增强。例如，生铁含碳比例高，其硬度就大，脆性也大；而碳含量减少到一定程度，就变成了硬度大，脆性得到极大改善的钢；如果在此基础上碳含量进一步减少到一定程度，则钢变成了较软但韧性好的熟铁。

金属型碳化物是许多合金钢中的重要成分，对合金钢的性能有很大的影响。例如，含有较多钨、钼和钒的碳化物的合金钢称为高速钢，用它做的刀具在600℃的高温下仍能保持足够的硬度和耐磨性能（一般工具钢刀具在300℃以上就不能进行切削了）。

2.氮化物和硼化物

氮化物和硼化物在其组成、结构及性质等方面与碳化物类似。ⅣB、ⅤB、ⅥB 族金属与C、N、B 形成的金属间隙化合物，都具有特别高的熔点和硬度，如TiN、TiB2和TiC，VN、VB2及VC 等，它们熔点都在3 000℃左右，硬度（莫氏硬度）在9 左右，被统称为硬质合金，是制造高速切削和钻探工具主要部件的优良材料。利用碳化物、氮化物和硼化物处理钢铁表面，让碳、氮和硼渗透到低碳钢的表层，可以使钢件的表层具有高硬度和耐磨性。此外，共价型氮化物、硼化物（如Si3N4、BN 等）与SiC 相似，是一类新型无机非金属材料。