Mg2C3+4H2O→2Mg(OH)2+C3H4
金屬碳化物主要是第壹族和第二族元素。
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7.1金屬碳化物
碳是壹種弱非金屬，所以很難讓四個電子形成C4離子，即使是最強的。
它是由焦炭和石灰(CaO)在電弧爐中反應生成的。由於CaC2熔化後能導電，證明CaC2中有離子，其晶體結構如圖7.1所示。
從圖7.1可以看出，這個單元格中有四個用黑點表示的Ca2+*** *(角上的每個Ca2+被八個立方體***，只有1/8屬於這個立方體；表面的每壹個Ca2+都被兩個立方體使用，只有1/2屬於這個立方體。所以，* *有Ca2+:8× 1/8+6× 1/2 = 4)。比如啞鈴
CaC2與水反應生成乙炔和氫氧化鈣；
氯化鈣+2H2O C2 H2+氫氧化鈣
乙炔曾是有機合成的主要原料之壹。
過渡金屬與碳形成的金屬碳化物，如前面提到的滲碳體(Fe3C)，不僅在合金相中占有重要地位，而且由於其特殊的力學性能而成為壹類功能材料。
當碳原子被金屬接受時(當然是在足夠高的溫度下或者在熔融金屬中)，起初只能被包容在晶格的間隙中，即形成間隙固溶體，金屬原子在晶格中的排列基本不變。但當碳原子含量達到壹定限度時，晶體結構會發生變化，形成新的碳化物相，稱為間隙化合物。實際上，此時的“間隙”壹詞只是反映了相形成前的“歷史”，並不代表碳化物晶體結構的基本特征。
重要的是，間隙固溶體和間隙化合物都會改變基體金屬的某些機械或化學性質，這很容易理解。雖然我們學過的金屬模具的晶體結構比較粗糙，但是可以用這個簡單的模型來解釋上述現象。金屬晶體可以看作是排列在由其提供的價電子形成的電子氛圍中的金屬離子，因此具有延展性和韌性。當壹些碳原子填充在金屬原子之間的縫隙中，就像在兩塊光滑的玻璃板之間撒壹些細沙壹樣，它們之間的摩擦力會增大。由此可以認為，當碳原子插入晶格的空隙中時，金屬原子的滑動會受到阻礙，相當於提高了金屬基體的硬度和脆性。如果形成了填隙化合物，這種影響更明顯，因為晶格結構和組成發生了質的變化。
有趣的是，當金屬碳化物的成分發生變化時，比如碳化鈦中碳鈦的比例是可變的(壹般用TIC 0.47 ~ 1.0表示)，它們的電導率等性質是成分比的“函數”，隨著成分比的變化而變化。已經發現碳化鈦(TiC)在1.15K以下具有超導性，但沒有實用價值。
碳化鐵(Fe3C，冶金學上叫滲碳體，英文名是cementite)是我們的“老朋友”，它的晶體結構如圖7.2所示。
從圖中可以看出，鐵原子位於三棱柱的頂點，Fe—C與C的中心距離為185 ~ 215 pm，碳與六個鐵原子的距離相差無幾。從這個結構模型中，看不到固態純鐵所固有的體心立方晶格(α-Fe)或面心立方晶格(γ-Fe)的痕跡。
金屬碳化物不僅比成分中的金屬具有更高的硬度，而且比原始金屬具有更高的熔點。壹些常見金屬碳化物的性質見表7.1。表中括號內的數據是其他數據提供的，兩個數據是否更準確還有待考證。但是我們看到金屬碳化物的熔點壹般比純金屬高，硬度在莫氏硬度8 ~ 10範圍內(莫氏硬度達到這個硬度的代表礦物有黃玉8、剛玉9、金剛石10)。
7.1某些金屬碳化物的性質
復合的
密度
克厘米-3
熔點
℃
困難
室溫電阻率
μω厘米
莫氏
顯微硬度
千克毫米-2
痙攣
4.94
3160
8~9
2470(3200)
105
副主席
5.81
2830
9~10
(2800)
156(150)
Cr3C2
6.88
1890
1300
75
Fe3C
7.4
1837
1100
ZrC
6.44
3570(3030)
8~9
2600(2470)
70(74)
美國全國廣播公司
7.85
3500
9~10
2470
74
MOCCASIN的簡稱
(8.20)
(2695)
(1800)
(97)
高頻電流(high-frequency current)
12.2
3887
195(109)
戰術空軍司令部（Tactical Air Command的縮寫）
14.53
3887
九
1800
8.2(30)
廁所
15.50
2865(2630)
>9
2500
12
W2C
17.20
2865(2730)
9~10
3000
80
金屬碳化物是壹種特殊材料，目前主要用於以下幾個方面:
(1)耐高溫材料。
例如，碳化鉭坩堝可以用來熔化或蒸發碳，而碳是單質中最難熔化的。以金屬為粘結劑的碳化鈦制成的金屬陶瓷具有較高的強度和抗熱震性，可用作發動機的結構件。碳化硼已用於火箭發動機的燃燒室和噴管塗層。碳化矽具有導電性和高電阻率，不僅可用於高爐爐襯，還可用作電阻爐的加熱元件。讀者可能註意到了，硼和矽不是金屬，但它們的碳化物具有導電和其他金屬的性質，所以這裏也順便介紹壹下。
(2)作為磨料、切割工具或保護層。
如果硬而脆的碳化物由具有壹定韌性的金屬制成，而金屬的熔點通常低於碳化物的熔點，則碳化物可以與金屬粘結在壹起，形成所謂的“金屬陶瓷”。它集基體金屬的韌性和碳化物的硬度於壹體，可以實現材料性能的調制。對於在家幫父母揉過面團的讀者來說，通過加水調節面團的硬度，或許可以獲得壹些聯想和經驗。碳化鈦通常用於在硬質合金或鋼工件上制造塗層，以提高工件表面的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。
(3)用於熱電子技術。
碳化矽已被廣泛用作電加熱元件。鈦、鋯、釩、鈮和鉭的碳化物可以用作熱陰極材料，因為它們在加熱時能夠發射電子並且耐高溫。
(4)其他用途。
碳化硼密度低但燃燒熱高，可用作火箭的固體燃料。碳化鈾(UC)可用作核反應堆的燃料，碳化硼可用作控制棒材料，可吸收反應堆中的熱中子。
上面描述的碳化物的特性和應用並不全面，只是為了說明鋯、鈮、鉭、鈦等壹些金屬加碳後會發生什麽變化。碳可以使金屬變成金屬碳化物，以獲得更先進的耐熱材料和超硬材料；碳還可以通過變成金屬碳化物，使金屬產生壹些以前沒有的特殊性能，使這些材料滿足高科技的壹些特殊要求，變得“身價百倍”。從這個意義上說，碳又起到了“點石成金”的作用。但要告訴讀者的是，碳並不是唯壹與金屬形成高熔點、高硬度和特殊性質的金屬化合物的元素，硼和氮也有類似的作用。讀者當然可以從我們開頭介紹的間隙相和間隙化合物的思想中找到合理的答案。
圖7.3是幾種碳化物的壹個非常粗略的δ G0-T圖。經過上壹章的討論，讀者應該能自己理解這張圖，並能根據這張圖對碳化物(並非所有金屬碳化物)的穩定性以及穩定性與溫度的關系做出正確的判斷。