Interested Article - Карбид тантала-гафния

Карбид тантала - гафния ( Ta _x Hf _y-x C _y ) — тугоплавкое химическое соединение, представляющее собой твердый раствор на основе карбидов тантала и гафния , имеющих наибольшие температуры плавления среди бинарных соединений (3768 ± 77 и 3959 ±84 градусов Цельсия соответственно ). Наивысшую температуру плавления имеет композиция, отвечающая стехиометрии Ta ₄ Hf C ₅ , — 3905 ± 82 °С . Для сравнения, температура плавления вольфрама , известного своей тугоплавкостью , — 3387-3422 °С .

Измерение температуры плавления карбида тантала-гафния сопряжено с большими экспериментальными трудностями, и работ, посвященных экспериментальным исследованиям этого соединения, немного. В одной из таких работ проводилось исследование твердых растворов TaC-HfC в температурном интервале 2225—2275 °С и было показано, что стехиометрия Ta ₄ Hf C ₅ отвечает минимуму скорости испарения и, таким образом, максимуму термической стабильности. Скорость испарения оказалась сопоставимой с таковой у вольфрама и слабо зависела от начальной плотности образцов, полученных спеканием порошковых смесей индивидуальных карбидов. Также было установлено, что эта стехиометрия имеет минимальную скорость окисления в ряду твердых растворов TaC-HfC.

Кристаллическая структура карбидов тантала и гафния кубическая типа NaCl. Обычно они имеют вакансии в углеродной подрешетке и имеют номинальные формулы TaC _x и HfC _x , где x варьируется в пределах 0,7-1,0 для Ta и 0,56-1,0 для Hf. Подобная структура наблюдается также для некоторых из твердых растворов на основе этих карбидов. Значение плотности, полученное по данным рентгеновской дифрактометрии составило 13,6 г/см ³ для Ta _0,5 Hf _0,5 C. У Ta _0,9 Hf _0,1 C _0,5 обнаружена гексагональная структура типа-NiAs (пр.гр. P63/mmc, N.194, символ Пирсона hP4) с плотностью 14,76 г/см ³ .

В 2015 году методом атомистического моделирования предсказано, что материал системы Hf-C-N может иметь температуру плавления, превышающую Ta ₄ Hf C ₅ примерно на 200 градусов, достигнув предела порядка 4161 °C (4435 K ). в мае 2020 года исследователями Научно-исследовательского технологического университета (НИТУ) "МИСиС" создали ещё более тугоплавкое вещество - карбонитрид гафния ( $HfC_{0,5}N_{0,35}$ ).

Получение

Высокотемпературное спекание порошков карбидов.
Гибридная технология: золь-гель синтез оксикарбидов с последующим карботермическим восстановлением полученного геля.

Применение

Ракетно-космическая промышленность («материалы прямого нагрева», теплозащитные и теплоотводящие поверхности). Лабораторные эксперименты.

Источники

↑ Deadmore D. L. // Journal of the American Ceramic Society. — 1965. — Т. 48 , вып. 7 . — С. 357–359 . — doi : . 4 октября 2013 года.
Lavrentyev A., Gabrelian B., Vorzhev V., Nikiforov I., Khyzhun O., Rehr J. Electronic structure of cubic Hf _x Ta _1-x C _y carbides from X-ray spectroscopy studies and cluster self-consistent calculations // Journal of Alloys and Compounds. — 2008. — Т. 462 . — С. 4–10 . — doi : .
↑ Rudy E., Nowotny H. Untersuchungen im System Hafnium-Tantal-Kohlenstoff // Monatshefte für Chemie. — 1963. — Т. 94 , вып. 3 . — С. 507–517 . — doi : .
Rudy E., Nowotny H., Benesovsky F., Kieffer R., Neckel A. Über Hafniumkarbid enthaltende Karbidsysteme // Monatshefte für Chemie. — 1960. — Т. 91 . — С. 176–187 . — doi : .
Hong Qi-Jun, van de Walle Axel. Prediction of the material with highest known melting point from ab initio molecular dynamics calculations // Physical Review B. — 2015. — Т. 92 , вып. 2 . — ISSN . — doi : .
Сергей Куликов Гипертемпература для гиперзвука // Эксперт , № 23, 2020. - с.25
Simonenko E. P., Ignatov N. A., Simonenko N. P., Ezhov Yu. S., Sevastyanov V. G., Kuznetsov N. T. Synthesis of highly dispersed super-refractory tantalum-zirconium carbide Ta ₄ ZrC ₅ and tantalum-hafnium carbide Ta ₄ HfC ₅ via sol-gel technology // Russian Journal of Inorganic Chemistry. — 2011. — Т. 56 , вып. 11 . — С. 1681–1687 . — ISSN . — doi : .