Карбид тантала-гафния

Карбид тантала-гафния (Ta_xHf_y-xC_y) — 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). 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).

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 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/см³ для Ta_0,5Hf_0,5C. У Ta_0,9Hf_0,1C_0,5 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). Однако, реальное существование таких материалов еще не подтверждено экспериментально.

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.