Сверхвысокотемпературные материалы в системе TaC‒HfC

М. С. Болдин; С. Н. Перевислов

doi:10.17073/1683-4518-2024-1-29-37

Сверхвысокотемпературные материалы в системе TaC‒HfC

М. С. Болдин, С. Н. Перевислов

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-1-29-37

Полный текст:

Аннотация

Представлен обзор литературных источников по сверхвысокотемпературным материалам в системе TaC‒HfC. Рассмотрены кристаллохимия карбидов тантала и гафния, методы получения высокотемпературного материала Ta₄HfC₅ (Т ~ 4000 °C) и физико-механические свойства керамики на его основе с добавками ZrC, MoSi₂ и TaSi₂. Проанализирована стойкость сложных карбидов Ta‒Hf в условиях окисления. Показаны возможные области применения сверхвысокотемпературных материалов.

Ключ. слова

сверхвысокотемпературные материалы, карбид тантала, карбид гафния,

Об авторах

М. С. Болдин

ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского»
Россия

К. т. н.

Нижний Новгород

С. Н. Перевислов

ФГБУН «Институт химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН» ― НИЦ «Курчатовский институт»
Россия
Санкт-Петербург

Список литературы

1. Smith, C. J. Phase, hardness, and deformation slip behavior in mixed HfxTa1‒xC / C. J. Smith, X. X. Yu, Q. Guo [et al.] // Acta Mater. ― 2018. ― Vol. 145. ― P. 142‒153.

2. Gaballa, O. Reduced-temperature processing and consolidation of ultra-refractory Ta4HfC5 / O. Gaballa, B. A. Cook, A. M. Russell // Inter. J. Refract. Met. Hard Mater. ― 2013. ― Vol. 41. ― P. 293‒299.

3. Rezaei, F. Densification, microstructure and mechanical properties of hot pressed tantalum carbide / F. Rezaei, M. G. Kakroudi, V. Shahedifar [et al.] // Ceram. Int. ― 2017. ― Vol. 43, № 4. ― P. 3489‒3494.

4. Cedillos-Barraza, O. Investigating the highest melting temperature materials: a laser melting study of the TaC‒HfC system / O. Cedillos-Barraza, D. Manara, K. Boboridis, T. Watkins [et al.] // Scientific reports. ― 2016. ― Vol. 6. ― P. 37962.

5. Feng, L. Nano-TaC powder synthesized using modified spark plasma sintering apparatus and its densification / L. Feng, S. H. Lee, B. L. Yoon // Ceram. Int. ― 2015. ― Vol. 41, № 9. ― P. 11637‒11645.

6. Sevastyanov, V. G. Low-temperature synthesis of nanodispersed titanium, zirconium, and hafnium carbides / V. G. Sevastyanov, E. P. Simonenko, N. A. Ignatov [et al.] // Russ. J. Inorg. Chem. ― 2011. ― Vol. 56, № 5. ― P. 661‒672.

7. Lavrentyev, A. A. Electronic structure of cubic HfxTa1‒xCy carbides from X-ray spectroscopy studies and cluster self-consistent calculations / A. A. Lavrentyev, B. V. Gabrelian, V. B. Nikiforov [et al.] // J. Alloys Compd. ― 2008. ― Vol. 462, № 1/2. ― P. 4–10.

8. Deadmore, D. L. Vaporization of tantalum carbidehafnium carbide solid solutions / D. L. Deadmore // J. Am. Ceram. Soc. ― 1965. ― Vol. 48, № 7. ― P. 357‒359.

9. Deadmore, D. L. Vaporization of tantalum-carbidehafnium-carbide solid solutions at 2500 to 3000 K / D. L. Deadmore // National Aeronautics and Space Administration. ― 1964. ― P. 1–13.

10. Deadmore, D. L. Influence of time on vacuum vaporization rate and surface compositional stability of tantalum carbide-hafnium carbide solid solutions above 2000 deg C / D. L. Deadmore // National Aeronautics and Space Administration. ― 1966. ― P. 1–17.

11. Rudy, E. Untersuchungen im System Hafnium-TantalKohlenstoff / E. Rudy, H. Nowotny // Monatshefte für Chemie und verwandte Teile anderer Wissenschaften. ― 1963. ― Bd 94, № 3. ― S. 507‒517.

12. Rudy, E. Über Hafniumkarbid Enthaltende Karbidsysteme / E. Rudy, H. Nowotny, F. Benesovsky, R. Kieffer, A. Neckel // Monatshefte für Chemie/Chemical Monthly. ― 1960. ― Bd 91, № 1. ― S. 176‒187.

13. Perevislov, S. N. Studying the properties of carbides in the system ZrC‒HfC, TaC‒ZrC and TaC‒HfC / S. N. Perevislov, A. B. Vysotin, O. Y. Shcherbakova // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. ― IOP Publishing. ― 2020. ― Vol. 848, № 1. ― P. 012069.

14. Hong, Q. J. Prediction of the material with highest known melting point from ab initio molecular dynamics calculations / Q. J. Hong, A. van de Walle // Phys.l Rev. B. ― 2015. ― Vol. 92, № 2. ― P. 020104.

15. Cedillos-Barraza, O. Sintering behaviour, solid solution formation and characterisation of TaC, HfC and TaC‒HfC fabricated by spark plasma sintering / O. Cedillos-Barraza, S. Grasso, N. Al Nasiri, D. D. Jayaseelan [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2016. ― Vol. 36, № 7. ― P. 1539‒1548.

16. Ghaffari, S. A. Pressureless sintering of Ta0,8Hf0,2C UHTC in the presence of MoSi2 / S. A. Ghaffari, M. A. Faghihi-Sani, F. Golestani-Fard [et al.] // Ceram. Int. ― 2013. ― Vol. 39, № 2. ― P. 1985‒1989.

17. Shuo, W. Structure, mechanical and tribological properties of HfCx films deposited by reactive magnetron sputtering / W. Shuo, Z. Kan, A. Tao [et al.] // Appl. Surf. Sci. ― 2015. ― Vol. 327. ― P. 68‒76.

18. Kelly, J. P. Mechanisms of pore formation in hightemperature carbides: Case study of TaC prepared by spark plasma sintering / J. P. Kelly, O. A. Graeve // Acta Mater. ― 2015. ― Vol. 84. ― P. 472‒483.

19. Ghaffari, S. A. Spark plasma sintering of TaC‒HfC UHTC via disilicides sintering aids / S. A. Ghaffari, M. A. Faghihi-Sani, F. Golestani-Fard [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2013. ― Vol. 33, № 8. ― P. 1479‒1484.

20. Ghaffari, S. A. Diffusion and solid solution formation between the binary carbides of TaC, HfC and ZrC / S. A. Ghaffari, M. A. Faghihi-Sani, F. Golestani-Fard [et al.] // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. ― 2013. ― Vol. 41. ― P. 180‒184.

21. Arianpour, F. Processing, phase evaluation and mechanical properties of MoSi2 doped 4TaC‒HfC based UHTCs consolidated by spark plasma sintering / F. Arianpour, F. Golestanifard, H. Rezaie [et al.] // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. ― 2016. ― Vol. 56. ― P. 1‒7.

22. Jiang, J. Preparation and characterization of ultrahigh‐temperature ternary ceramics Ta4HfC5 / J. Jiang, S. Wang, W. Li // J. Am. Ceram. Soc. ― 2016. ― Vol. 99, № 10. ― P. 3198‒3201.

23. Simonenko, E. P. Synthesis of highly dispersed superrefractory tantalum-zirconium carbide Ta4ZrC5 and tantalum-hafnium carbide Ta4HfC5 via sol-gel technology / E. P. Simonenko, N. A. Ignatov, N. P. Simonenko [et al.] // Russ. J. Inorg. Chem. ― 2011. ― Vol. 56, № 11. ― P. 1681‒1687.

24. Smith, C. J. Phase, hardness, and deformation slip behavior in mixed HfxTa1‒xC / C. J. Smith, X. X. Yu, Q. Guo [et al.] // Acta Mater. ― 2018. ― Vol. 145. ― P. 142‒153.

25. Titov, D. D. Sintering activation energy MoSi2‒WSi2‒ Si3N4 ceramic / D. D. Titov, A. S. Lysenkov, Yu. F. Kargin [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. ― 2018. ― Vol. 347. ― Р. 012024.

26. Andrievskii, R. A. Melting point in systems ZrC‒HfC, TaC‒ZrC, TaC‒HfC / R. A. Andrievskii, N. S. Strel'nikova, N. I. Poltoratskii [et al.] // Powder Metall. Met. Ceram. ― 1967. ― Vol. 6, № 1. ― P. 65‒67.

27. Gusev, A. I. Phase diagrams of the pseudo-binary TiC‒NbC, TiC‒TaC, ZrC‒NbC, ZrC‒TaC, and HfC‒TaC carbide systems / A. I. Gusev // Russ. J. Phys. Chem. ― 1985. ― Vol. 59, № 3. ― P. 336‒340.

28. Silvestroni, L. Strength and toughness: the challenging case of TaC-based composites / L. Silvestroni, L. Pienti, S. Guicciardi [et al.] // Composites. Part B: Engineering. ― 2015. ― Vol. 72. ― P. 10‒20.

29. Yan, X. (Hf0,2Zr0,2Ta0,2Nb0,2Ti0,2)C high entropy ceramics with low thermal conductivity / X. Yan, L. Constantin, Y. Lu [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2018. ― Vol. 101, № 10. ― P. 4486‒4491.

30. Pienti, L. Ablation tests on HfC- and TaC-based ceramics for aeropropulsive applications / L. Pienti, D. Sciti, L. Silvestroni [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 35, № 5. ― P. 1401‒1411.

31. Schulz, B. C. Influence of hafnium carbide on vacuum plasma spray processed tantalum carbide microstructures / B. C. Schulz, B. Wang, R. A. Morris [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2013. ― Vol. 33, № 6. ― P. 1219‒1224.

32. Perevislov, S. N. Silicon carbide liquid-phase sintering with various activating agents / S. N. Perevislov, M. V. Tomkovich, A. S. Lysenkov // Refract. Ind. Ceram. ― 2019. ― Vol. 59. ― P. 522‒527.

33. Перевислов, С. Н. Жидкофазное спекание карбида кремния с разными активирующими добавками / С. Н. Перевислов, М. В. Томкович, А. С. Лысенков // Новые огнеупоры. ― 2018. ― № 10. ― С. 24‒30.

34. Perevislov, S. N. Sintering behavior and properties of reaction-bonded silicon nitride / S. N. Perevislov // Russ. J. Appl. Chem. ― 2021. ― Vol. 94. ― P. 143‒151.

35. Perevislov S. N. Structure, properties, and applications of graphite-like hexagonal boron nitride / S. N. Perevislov // Refract. Ind. Ceram. ― 2019. ― Vol. 60, № 3. ― P. 291‒295.

36. Перевислов, С. Н. Структура, свойства и области применения графитоподобного гексагонального нитрида бора / С. Н. Перевислов // Новые огнеупоры. ― 2019. ― № 6. ― С. 35–40.

37. Rumyantsev, I. A. Lightweight composite cermets obtained by titanium-plating / I. A. Rumyantsev, S. N. Perevislov // Refract. Ind. Ceram. ― 2017. ― Vol. 58, № 4. ― P. 405‒409.

38. Румянцев, И. А. Облегченные композиционные керметы, полученные методом титанирования / И. А. Румянцев, С. Н. Перевислов // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 7. ― С. 54‒57.

39. Perevislov, S. N. Materials based on boron carbide obtained by reaction sintering / S. N. Perevislov, A. S. Lysenkov, D. D. Titov [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. ― IOP Publishing. ― 2019. ― Vol. 525, № 1. ― P. 012074.

Дополнительные файлы

Для цитирования: Болдин М.С., Перевислов С.Н. Сверхвысокотемпературные материалы в системе TaC‒HfC. Новые огнеупоры. 2024;(1):29-37. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-1-29-37

For citation: Boldin M.S., Perevislov S.N. Ultra-high temperature materials in the TaC‒HfC system. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2024;(1):29-37. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-1-29-37

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

ISSN 1683-4518 (Print)

Логин
Пароль