一碳化鈾，分子式 UC，灰色、硬而脆的金屬性化合物。屬於NaCl型立方晶系，a=4.9605A(1A=0.1nm，下同)。密度為13.61g/cm3，熔點為(2525±30)℃。氧、氮的固溶度也高。較活潑，與水蒸氣、氧氣反應而被氧化。所以對於特別是粉末樣品必須在惰性氣體中處理。鈾的一碳化物導熱性好，且熔點、硬度都很高，適合作核燃料。可以有C還原UO3或氫化鈾粉末與碳粉反應製得。
基本介紹
- 中文名：一碳化鈾
- 外文名：uranium monocarbide
- 分子式：UC
- 密度：13.63g/cm3
- 熔點：(2375±100)℃
- 性狀：灰色、硬而脆的金屬性化合物
- 安全性：有毒
- 領域：能源
簡介,合成方法,製法1,製法2,性質與穩定性,用途,計算化學數據,
簡介
UC是一種重要的核反應堆燃料。在大氣環境中，UC易被氧氣和水汽氧化腐蝕，其氧化腐蝕動力學和氧化機理受到關注。關於UC的氧化行為，過去的工作主要集中在塊狀UC在高溫條件下的熱重、金相和X射線衍射分析等方面，但這些技術難以揭示氧化過程中材料表面數個原子層的變化信息。
合成方法
製法1
儘管碳化鈾的製備方法有很多種，但是,最常用的方法還是鈾的氧化物用碳還原並碳化,特別是二氧化鈾的碳熱還原方法研究和套用得更為廣泛。因為這種方法不僅對實驗室簡便可行,而且從它所使用的原始材料及其經濟性來看，也更適合於工廠大規模的工業化生產。
還原用的碳是採用核純的石墨,顆粒度小於1.5μm的占92%,(1.5~4) μm的占8%。
將(UO3+C)微球體在真空下加熱到973K直到在系統中達到1mPa的真空，這樣可以保證使(UO3+C)微球按照下式反應：
UO3(s)+0.5C(s)→UO2(s)+0.5CO2(g)
使完全轉化為(UO2+C)微球，並使C/UO2=3.0(摩爾比)，在真空下將樣品以1K/min的速率從1473K加熱到1773K或在通入氬氣流的情況下以0.75K/min的速率使樣品從1523K加熱到1900K，反應按下式
UO2(s)+3C(s)→UC(s)+2CO(g)
使氧化物轉化為碳化物。
根據前面敘述的製備碳化鈾的兩個反應方程式，將按一定比例配製而成的二氧化鈾和石墨的粉末加入少量的無水乙醇進行手工混料和制粒。然後，在溫度為60℃的真空乾燥箱內烘4h，再以4t/cm2:的壓力製成8.3x10mm的壓塊。將壓塊放入真空碳管爐內的由鈕片製成的小舟內，當真空度約達到4x10-5mmHg時,爐子開始加熱升溫。平均加熱速率約為500℃/h，但開始的加熱速率要小些,因為壓塊表面要放出吸附的濕氣。當加熱到規定的溫度後再保溫lh,此時,還原反應基本結束。爐子停止加熱,待爐內冷卻到室溫以後,通入乾燥的氫氣,取出樣品。碳化得到的碳化鈾塊表面呈灰色，放在二甲苯中保存。
將碳化得到的碳化鈾塊在瑪瑙研缽中破碎,然後在二甲苯中球磨h6。球磨後,加入少量的聚乙烯醇粘結劑,混合均勻後再放到配有不鏽鋼手套箱的真空爐內烘千。此時，手套箱內充入高純的乾燥氫氣,因為碳化鈾粉末極易與空氣中的氧和水發生反應。
製法2
按化學計量比取適量的氫化鈾粉末與碳粉在惰性氣體中充分混合，加壓成型製成片狀，在真空或精製的惰性氣體中進行加熱。待氫分解析出後，迅速升溫至1200℃並保持1～2h，可製得UC產品。用這種方法製備UC也可在較低的溫度下進行，且可以準確的控制其組成，但缺點是反應不夠徹底。
性質與穩定性
灰色、硬而脆的金屬性化合物，屬於NaCl型立方晶系，a=4.9605A(1A=0.1nm，下同)。密度為13.61g/cm3，熔點為(2525±30)℃。鈾的一碳化物導熱性好，且熔點、硬度都很高，適合作核燃料。在1000℃以上具有非整比組成，1400℃時C/U為0.94～1.00，2200℃時為0.90～1.92，另外，氧、氮的固溶度也高。較活潑，與水蒸氣、氧氣反應而被氧化。所以對於特別是粉末樣品必須在惰性氣體中處理。常溫下，與水慢慢反應，加熱使反應變快，生成UO2、CH4和高級烴。400℃時，無論在氧氣或空氣中都著火而生成U3O8和CO2。1100℃時，與氮氣生成氮化物。室溫下，與濃酸反應緩慢，加熱後反應劇烈。可通過控制元素的比例和溫度，直接使元素化合而成，亦可用鈾與甲烷等烴類氣體反應製得。與許多難熔金屬及碳化鋯等有相容性，故可用鋯、鈮、鈦、釩等溶於一碳化鈾中增加其機械強度，提高防腐蝕性，可用作核反應堆的釋熱元件。
用途
碳化鈾除像二氧化鈾一樣具有高熔點、膨脹各向同性及良好的輻照行為和機械性能外，尚具有獨特的優點,即高熱導、高含鈾濃度和高密度等燃料特性。因此，這種燃料引起了人們的廣泛注意和極大的興趣，被認為是一種很有潛力和先進的燃料。許多國家對此種燃料都進行了大量的研究工作。
計算化學數據
1.疏水參數計算參考值（XlogP）:無
2.氫鍵供體數量:0
3.氫鍵受體數量:0
4.可旋轉化學鍵數量:0
5.互變異構體數量:無
6.拓撲分子極性表面積0
7.重原子數量:2
8.表面電荷:0
9.複雜度:0
10.同位素原子數量:0
11.確定原子立構中心數量:0
12.不確定原子立構中心數量:0
13.確定化學鍵立構中心數量:0
14.不確定化學鍵立構中心數量:0
15.共價鍵單元數量:2
