Физиците идентифицираха най-огнеупорното вещество
Дендритна структура, образувана при точката на топене на тантал-хафниев карбид
Omar Cedillos-Barraza и др. / Научни доклади, 2016
Изследванията на точката на топене на хафниеви и танталови карбиди датират от първата половина на 20 век. За това е използван методът Pirani-Altertum: плоча от материал с дупка в центъра се нагрява с електрически ток. Плочата се наблюдава с пирометър. В момента на топенето дупката се запълни с материал и промени блясъка си. Разпространението на температурите на топене, определени по този метод за хафниев карбид, беше почти двеста градуса и беше трудно да се определи недвусмислено от резултатите от измерването кой от хафниевия и танталовия карбид е най-огнеупорен.
Проби от карбиди след лазерно топене. Отляво надясно: танталов карбид, танталов-хафниев карбид, хафниев карбид
Omar Cedillos-Barraza и др. / Научни доклади, 2016
Авторите на новата работа, отбелязвайки несъвършенството на ранните пирометри и методи, предложиха да се използва нов подход за определяне на точката на топене. В него керамична проба е била разтопена под действието на мощен 4,5-киловатов лазер, след което изследователите са наблюдавали светенето й. Моментът на топене се определя от промяната в отражението от повърхността. След това лазерът се изключва и температурата на топене се определя от платото на графиката на охлаждане на пробата: в момента на втвърдяване топлината, отстранена от пробата, не променя температурата си.
Вляво: температурна зависимост на хафниевия карбид (черен) и производната на отразения светлинен сигнал. Вдясно: температурни криви за танталов карбид, хафний и тантал-хафний.
Omar Cedillos-Barraza и др. / Научни доклади, 2016
В резултат на това се оказа, четанталовият карбид има най-ниската точка на топене - тя съответства на 3768 ± 77 градуса по Целзий. Интересното е, че в някои ранни произведения танталовият карбид, напротив, се смяташе за по-огнеупорен от хафниевия карбид. Съставът Ta0.8Hf0.2C, който преди се смяташе за рекордьор, имаше високи точки на топене: около 3905 ± 82 градуса по Целзий. Останалите смесени карбиди се стопяват при по-ниски температури. Абсолютният рекордьор, според новата работа, е хафниевият карбид HfC0.98, материалът се топи при 3959 ± 84 градуса по Целзий. За сравнение, най-огнеупорният метал е волфрамът, който се топи при 3422 градуса по Целзий.
Смята се, че карбидната керамика може да намери приложение в конструкцията на хиперзвукови самолети. При движение в атмосферата със скорости над пет числа на Мах термичната защита трябва да издържа на температури от 2200 Келвина и повече.
Преди това химици от университета Браун (Провидънс) теоретично прогнозираха съществуването на фаза от смесен хафниев карбид-нитрид с рекордно висока точка на топене от над 4400 келвина. Съставът му отговаря на формулата HfN0.38C0.51.
