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Carburo de tantalio y hafnio

El carburo de tantalio y hafnio es un compuesto químico refractario con una fórmula general Ta x Hf y C x+y , que puede considerarse como una solución sólida de carburo de tantalio y carburo de hafnio . Originalmente se pensaba que tenía el punto de fusión más alto de todas las sustancias conocidas, pero nuevas investigaciones han demostrado que el carbonitruro de hafnio tiene un punto de fusión más alto.

Propiedades

Individualmente, los carburos de tántalo y hafnio tienen los puntos de fusión más altos entre los compuestos binarios , 4.041 K (3.768 °C; 6.814 °F) y 4.232 K (3.959 °C; 7.158 °F), respectivamente, [1] y su "aleación" con una composición Ta 4 HfC 5 tiene un punto de fusión de 4.178 K (3.905 °C; 7.061 °F). [2]

Se han publicado muy pocas mediciones del punto de fusión del carburo de hafnio y tantalio debido a las obvias dificultades experimentales a temperaturas extremas. Un estudio de 1965 de las soluciones sólidas de TaC-HfC a temperaturas de 2225-2275 °C encontró un mínimo en la tasa de vaporización y, por lo tanto, un máximo en la estabilidad térmica para Ta 4 HfC 5 . Esta tasa era comparable a la del tungsteno y dependía débilmente de la densidad inicial de las muestras, que se sinterizaron a partir de mezclas de polvo de TaC-HfC, también a 2225-2275 °C. En un estudio independiente, se encontró que Ta 4 HfC 5 tenía la tasa de oxidación mínima entre las soluciones sólidas de TaC-HfC. [3] Ta 4 HfC 5 fue fabricado por la empresa Goodfellow como un  polvo de 45 μm [4] a un precio de $9540/kg (99,0% de pureza). [5]

En 2015, las simulaciones atomísticas predijeron que el carbonitruro de hafnio podría tener un punto de fusión superior a Ta 4 Hf 1 C 5 en 200 K. [6] Esto fue verificado posteriormente por evidencia experimental en 2020. [7]

Estructura

Los carburos de tantalio y hafnio individuales tienen una estructura reticular cúbica de sal de roca . Por lo general, son deficientes en carbono y tienen fórmulas nominales TaC x y HfC x , con x = 0,7–1,0 para Ta y x = 0,56–1,0 para Hf. También se observa la misma estructura para al menos algunas de sus soluciones sólidas. [8] La densidad calculada a partir de datos de difracción de rayos X es 13,6 g/cm 3 para Ta 0,5 Hf 0,5 C. [9] [10] Se informó una estructura hexagonal de tipo NiAs ( grupo espacial P63/mmc, n.º 194, símbolo de Pearson hP4) con una densidad de 14,76 g/cm 3 para Ta 0,9 Hf 0,1 C 0,5 . [9]

Véase también

Referencias

  1. ^ 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.
  2. ^ "Nuevo récord para el material más resistente al calor del mundo".
  3. ^ Deadmore, DL (1965). "Vaporización de soluciones sólidas de carburo de tantalio y carburo de hafnio". Journal of the American Ceramic Society . 48 (7): 357–359. doi :10.1111/j.1151-2916.1965.tb14760.x. Archivado desde el original el 27 de marzo de 2012.
  4. ^ Catálogo Goodfellow, febrero de 2009, pág. 102
  5. ^ NIAC 7600-039 INFORME FINAL, Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA: Un explorador interestelar realista, 14 de octubre de 2003, pág. 55
  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. ^ Lavrentyev, A; Gabrelian, B; Vorzhev, V; Nikiforov, I; Khyzhun, O; Rehr, J (2008). "Estructura electrónica de carburos cúbicos HfxTa1–xCy 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.
  9. ^ ab Rudy, E.; Nowotny, H. (1963). "Untersuchungen im System Hafnium-Tantal-Kohlenstoff". Monatshefte für Chemie . 94 (3): 507–517. doi :10.1007/BF00903490.
  10. ^ Rudy, E.; Nowotny, H.; Benesovsky, F.; Kieffer, R.; Neckel, A. (1960). "Über Hafniumkarbid enthaltende Karbidsysteme". Monatshefte für Chemie . 91 : 176–187. doi :10.1007/BF00903181.