Карбид тантала-гафния

Карбид тантала-гафния» title=»Тантал»>TaxHfy-xCy) — тугоплавкое химическое соединение, представляющее собой твердый раствор на основе карбидов тантала и гафния, имеющих наибольшие температуры плавления среди бинарных соединений и 3928 °C (7102 °F), соответственно). Наивысшую, рекордную, на сегодняшний день, температуру плавления имеет композиция, отвечающая стехиометрии Ta4HfC5 — 3990 °C (7210 °F). 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)
Классификация
Рег. номер CAS 71243-79-3
Рег. номер EINECS 275-291-2

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.

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. Значение плотности, полученное по данным рентгеновской дифрактометрии составило 13,6 г/см3 для Ta0,5Hf0,5C. 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.

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). 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 .

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.