Карбид тантала-гафния

Карбид тантала-гафния (TaxHfy-xCy) — тугоплавкое химическое соединение, представляющее собой твердый раствор на основе карбидов тантала и гафния, имеющих наибольшие температуры плавления среди бинарных соединений (3983 °C (7201 °F) и 3928 °C (7102 °F), соответственно[2][3]). Наивысшую, рекордную, на сегодняшний день, температуру плавления имеет композиция, отвечающая стехиометрии Ta4HfC5 — 3990 °C (7210 °F).[1] Для сравнения, температура плавления вольфрама, известного своей тугоплавкостью — 3422 °C (6192 °F).

Карбид тантала-​гафния
Общие
Систематическое
наименование		 Карбид тантала-​гафния
Хим. формула Ta4HfC5
Физические свойства
Молярная масса 962,34 г/моль
Термические свойства
Температура
 • плавления 3990 °C (7210 °F)[1]
Классификация
Рег. номер CAS 71243-79-3
Рег. номер EINECS 275-291-2
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

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 Ta4HfC5 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.[4]

Кристаллическая структура карбидов тантала и гафния кубическая типа NaCl. Обычно они имеют вакансии в углеродной подрешетке и имеют номинальные формулы TaCx и HfCx, 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.[2] Значение плотности, полученное по данным рентгеновской дифрактометрии составило 13,6 г/см3 для Ta0,5Hf0,5C.[5][6] У Ta0,9Hf0,1C0,5 обнаружена гексагональная структура типа-NiAs (пр.гр. P63/mmc, N.194, символ Пирсона hP4) с плотностью 14,76 г/см3.[5]

В 2015 году методом атомистического моделирования предсказано, что материал системы Hf-C-N может иметь температуру плавления, превышающую Ta4HfC5 примерно на 200 градусов, достигнув предела порядка 4161 °C (4435 K).[7] В мае 2020 года появились сообщения о синтезе подобного материала исследователями Научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСиС. Полученное ими соединение карбонитрид гафния имеет химическую формулу .[8]

Получение
  • Высокотемпературное спекание порошков карбидов.[4]
  • Гибридная технология: золь-гель синтез оксикарбидов с последующим карботермическим восстановлением полученного геля.[9]

Применение

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

Источники
  1. Andrievskii R. A., Strel'nikova N. S., Poltoratskii N. I., Kharkhardin E. D., Smirnov V. S. Melting point in systems ZrC-HfC, TaC-ZrC, TaC-HfC // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. — 1967. — Т. 6, вып. 1. — С. 65–67. — ISSN 0038-5735. — doi:10.1007/BF00773385.
  2. Lavrentyev A., Gabrelian B., Vorzhev V., Nikiforov I., Khyzhun O., Rehr J. Electronic structure of cubic HfxTa1-xCy carbides from X-ray spectroscopy studies and cluster self-consistent calculations // Journal of Alloys and Compounds. — 2008. — Т. 462. — С. 4–10. — doi:10.1016/j.jallcom.2007.08.018.
  3. Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  4. Deadmore D. L. Vaporization of Tantalum Carbide-Hafnium Carbide Solid Solutions // Journal of the American Ceramic Society. — 1965. — Т. 48, вып. 7. — С. 357–359. — doi:10.1111/j.1151-2916.1965.tb14760.x. Архивировано 4 октября 2013 года.
  5. Rudy E., Nowotny H. Untersuchungen im System Hafnium-Tantal-Kohlenstoff // Monatshefte für Chemie. — 1963. — Т. 94, вып. 3. — С. 507–517. — doi:10.1007/BF00903490.
  6. Rudy E., Nowotny H., Benesovsky F., Kieffer R., Neckel A. Über Hafniumkarbid enthaltende Karbidsysteme // Monatshefte für Chemie. — 1960. — Т. 91. — С. 176–187. — doi:10.1007/BF00903181.
  7. 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 1098-0121. — doi:10.1103/PhysRevB.92.020104.
  8. Сергей Куликов Гипертемпература для гиперзвука // Эксперт, № 23, 2020. - с.25
  9. 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 Ta4ZrC5 and tantalum-hafnium carbide Ta4HfC5 via sol-gel technology // Russian Journal of Inorganic Chemistry. — 2011. — Т. 56, вып. 11. — С. 1681–1687. — ISSN 1531-8613. — doi:10.1134/S0036023611110258.

Ссылки

См. также
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.