Карбид урана

Восстановление окиси урана U3O8 углеродом в дуговой электрической печи приводит при определенном соотношении окисла и углерода к образованию карбида U2C3. Позднее был получен литой карбид UC2. Наличие такого карбида подтвердили Гейслер, подвергавший UO2 карбидизации твердым углеродом при различных температурах и давлениях, и Хэгг — рентгенографически.

В урановой стали существуют карбиды U2C3 (UC + UC2?) и UC.

Рундле с сотр., а также Вильгельм с сотр. исследовали моно- и дикарбид урана, полученные взаимодействием чистого урана или его окиси с соответствующими количествами углерода в графитовом тигле при высоких температурах (нагрев высокочастотный). При обработке низко науглероженного урана соляной кислотой или перекисью водорода удается выделить монокарбид урана. Чиотти получил этот карбид из гидрида урана и графита, назревая смесь при 825° в токе гелия.

Монокарбид урана можно получить в результате взаимодействия углерода с ураном при 2100° или с U3O8 при 1800°. Повышение температуры до 2400° в обоих случаях дает дикарбид урана. В той же работе монокарбид урана был получен при обработке метаном тонкоизмельченного металла при 625—900°.

Эш и Шнейдер получали из разных смесей металлического порошка урана и сахарного угля прессованные брикеты и спекали их в угольных лодочках в токе аргона при 1800° в трубчатой угольной печи сопротивления.

Для рентгеноструктурного анализа спеченные образцы измельчали в атмосфере аргона. При недостатке углерода в шихте он частично поступал из материала лодочек. При 1800° удавалось науглеродить монокарбид урана только до UC1,56. При 2300°, однако, получали дикарбид UC2.

Карбид U2C3 получали нагревом смеси из UC и UC2 в вакууме при 1250—1800°. Плавлением этого достигнуть не удалось.



Система уран — углерод (рис. 51) построена по данным ряда авторов. Найден монокарбид урана с гранецентрированной кубической решеткой, изоморфный соединениям UO и UN и легко образующий с ними твердые растворы. При комнатной температуре не обнаружена растворимость урана или углерода в монокарбиде урана.

Карбид U2C3 существует, по данным Рундле с сотр., лишь при температурах выше 2000°. Даже в резко охлажденных образцах рентгенографически всегда обнаруживают лишь моно- и дикарбиды урана.

Маллет с сотр.) считают карбид U2C3 устойчивым до 1800°; ниже он распадается на UC + UC2. Интересно, что оба эти карбида полностью взаимно растворимы, несмотря на различие в структуре, что, впрочем, особого исключения не составляет.

Дикарбид урана имеет широкую область гомогенности, достигающую состава UC0,35. Углерод при высоких температурах растворяется в карбиде и может быть удержан в растворе закалкой. В незакаленных образцах углерод выделяется наряду с монокарбидом урана.



Литой карбид урана состава, полученного Муассаном (U2C3), обладает металлическим блеском и кристаллическим изломом. При измельчении на воздухе легко воспламеняется. Также и карбиды UC и UC2 в виде серых металлических порошков весьма пирофорны. Дикарбид урана с азотом дает при температурах до 1100° нитрид урана. При воздействии воды моно- и дикарбиды Урана распадаются с образованием углеводородов. Карбид U2C3 ниже 75° с водой не реагирует. Этот карбид — твердое и хрупкое тело. Твердость карбида урана, полученного Муассаном, лежит между кварцем и корундом.

Монокарбид урана (4,8% С) кристаллизуется в кубической гранедентрированной решетке (тип NaCl, B1). Постоянная решетки 4,951 А; расчетная плотность 13,63 г/см3.

Карбид U2C3 (7,03% С) — объемноцентрированный куб с постоянной 8,088 А. Расчетная плотность 12,88 г/см3 хорошо согласуется с найденным экспериментальным значением 12,7 г/см3.

Дикарбид урана (9,16% С) кристаллизуется в тетрагональной объемноцентрированной решетке (типа карбида кальция). Периоды решетки: а = 3,507; с = 5,987 А; расчетная плотность 11,86 г/см3. Пикнометрический удельный вес дает совпадающие значения. Удельный вес изменяется с увеличением вакантных мест углеродных атомов.

Температура плавления дикарбида урана 2425°, монокарбида 2280°. Позднейшие данные дают температуру плавления монокарбида урана 2590 + 50°, дикарбида 2350—2400° С2.

Термодинамические данные карбидов урана приводят Бревер с сотр.



Несмотря на признаки металлического характера структуры и некоторую способность к образованию твердых растворов с другими карбидами твердых сплавов, карбиды урана из-за их высокой пирофорности и малой химической стойкости до сих пор не нашли применения в производстве твердых сплавов. Киффер обнаружил, что присадка карбида урана к вольфрамокобальтовым твердым сплавам влияет аналогично карбиду тория.