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Carburo de hafnio

El carburo de hafnio ( Hf C ) es un compuesto químico de hafnio y carbono . Anteriormente se estimaba que el material tenía un punto de fusión de aproximadamente 3900 °C. [2] Pruebas más recientes han podido demostrar de manera concluyente que la sustancia tiene un punto de fusión aún más alto de 3958 °C que supera los del carburo de tántalo y el carburo de tántalo y hafnio, que anteriormente se estimaban que eran más altos. [3] Sin embargo, tiene una baja resistencia a la oxidación, y la oxidación comienza a temperaturas tan bajas como 430 °C. [4] Las pruebas experimentales en 2018 confirmaron el punto de fusión más alto, arrojando un resultado de 3982 (±30 °C) con una pequeña posibilidad de que el punto de fusión pueda incluso superar los 4000 °C. [5]

Las simulaciones atomísticas realizadas en 2015 predijeron que un compuesto similar, el carbonitruro de hafnio (HfCN), podría tener un punto de fusión que excediera incluso al del carburo de hafnio. [6] La evidencia experimental reunida en 2020 confirmó que efectivamente tenía un punto de fusión más alto que excedía los 4000 °C, [7] con cálculos de dinámica molecular ab initio más recientes que predicen que la fase HfC 0.75 N 0.22 tendría un punto de fusión tan alto como 4110 ± 62 °C, el más alto conocido para cualquier material. [8]

El carburo de hafnio suele ser deficiente en carbono y, por lo tanto, su composición suele expresarse como HfC x (x = 0,5 a 1,0). Tiene una estructura cristalina cúbica (de sal de roca) para cualquier valor de x. [9]

El polvo de carburo de hafnio se obtiene mediante la reducción de óxido de hafnio (IV) con carbono a una temperatura de entre 1800 y 2000 °C. Se requiere un tiempo de procesamiento prolongado para eliminar todo el oxígeno. Alternativamente, se pueden obtener recubrimientos de HfC de alta pureza mediante deposición química de vapor a partir de una mezcla de gases de metano , hidrógeno y cloruro de hafnio (IV) vaporizado .

Debido a la complejidad técnica y el alto costo de la síntesis, el HfC tiene un uso muy limitado, a pesar de sus propiedades favorables como alta dureza (superior a 9 Mohs [10] ) y punto de fusión. [2]

Las propiedades magnéticas de HfC x cambian de paramagnéticas para x ≤ 0,8 a diamagnéticas para valores mayores de x. Se observa un comportamiento inverso (transición dia-paramagnética con valores mayores de x) para TaC x , a pesar de tener la misma estructura cristalina que HfC x . [11]

Véase también

Referencias

  1. ^ Constantes físicas de compuestos inorgánicos en Lide, DR, ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86.ª ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. pp. 4–44 y siguientes. ISBN 0-8493-0486-5.
  2. ^ abc Harry Julius Emeléus (1968). "Carburos metálicos". Avances en química inorgánica y radioquímica . Academic Press . págs. 169-170. ISBN 978-0-12-023611-4.
  3. ^ Cedillos-Barraza, Omar; Manara, Dario; Boboridis, K.; Watkins, Tyson; Grasso, Salvatore; Jayaseelan, Daniel D.; Konings, Rudy JM; Reece, Michael J.; Lee, William E. (2016). "Investigación de los materiales con la temperatura de fusión más alta: un estudio de fusión por láser del sistema TaC-HFC". Scientific Reports . 6 : 37962. Bibcode :2016NatSR...637962C. doi :10.1038/srep37962. PMC 5131352 . PMID  27905481. 
  4. ^ Shimada, Shiro (octubre de 1992). "Cinética de oxidación del carburo de hafnio en el rango de temperatura de 480° a 600°C". Journal of the American Ceramic Society . 75 (10): 2671–2678. doi :10.1111/j.1151-2916.1992.tb05487.x.
  5. ^ Ushakov, Sergey V.; Navrotsky, Alexandra; Hong, Qi-Jun; van de Walle, Axel (26 de agosto de 2019). "Carburos y nitruros de circonio y hafnio". Materiales . 12 (17): 2728. Bibcode :2019Mate...12.2728U. doi : 10.3390/ma12172728 . PMC 6747801 . PMID  31454900. 
  6. ^ Hong, Qi-Jun; van de Walle, Axel (2015). "Predicción del material con el punto de fusión más alto conocido a partir de cálculos de dinámica molecular ab initio". Physical Review B . 92 (2): 020104. Bibcode :2015PhRvB..92b0104H. doi : 10.1103/PhysRevB.92.020104 . ISSN  1098-0121.
  7. ^ "Los científicos crean el material más resistente al calor del mundo con uso potencial para aviones espaciales". Forbes .
  8. ^ Dai, Yu; Zeng, Fanhao; Liu, Honghao; Gao, Yafang; Yang, Qiaobin; Chen, Meiyan; Huang, Rui; Gu, Yi (15 de octubre de 2023). "Síntesis controlada de contenido de nitrógeno de polvos de carbonitruro de hafnio mediante carbonización de nitruro de hafnio para mejorar las propiedades de ablación". Cerámica Internacional . 49 (20): 33265–33274. doi :10.1016/j.ceramint.2023.08.035. eISSN  1873-3956. ISSN  0272-8842. OCLC  9997899259. S2CID  260672783.
  9. ^ Lavrentyev, AA; Gabrelian, BV; Vorzhev, VB; Nikiforov, I.Ya.; Khyzhun, O.Yu.; Rehr, JJ (26 de agosto de 2008). "Estructura electrónica de carburos cúbicos Hf x Ta 1–x C y a partir de estudios de espectroscopia de rayos X y cálculos de autoconsistencia de grupos". Journal of Alloys and Compounds . 462 (1–2): 4–10. doi :10.1016/j.jallcom.2007.08.018.
  10. ^ James F. Shackelford; William Alexander, eds. (2001). Manual de ciencia e ingeniería de materiales del CRC (3.ª ed.). CRC Press . ISBN 978-0-849-32696-7.
  11. ^ Aleksandr Ivanovich Gusev; Andreĭ Andreevich Rempel; Andreas J. Magerl (2001). Desorden y orden en compuestos fuertemente no estequiométricos: carburos, nitruros y óxidos de metales de transición. Springer . págs. 513–516. ISBN 978-3-540-41817-7.