Thermophysical properties of the most refractory carbide Ta0.8Hf0.2C under high temperatures (2000–5000 K)

Research Progress on the Preparation and Characterization of Ultra Refractory TaxHf1-xC Solid Solution Ceramics

“…HfC 同步生成。如 Jiang 等 [20][21] [52] Fig. 4 SEM images of Ta0.8Hf0.2C solid solution ceramic sintered at different temperature [52] 添加烧结助剂也是提高陶瓷致密度的一种常用 手段。对于 TaxHf1-xC 固溶陶瓷，B4C [2] 、VC [9,51] 、 MoSi2 [26][27][28][29] 、 TaSi2 [26] 、碳纳米管 [28] 、 WC [25,39] 和 SiC [52][53][54] 等 材 料 均 能 起 到 改善致 密 性 的 作 用 。 在 TaxHf1-xC 固溶陶瓷致密化研究的报道中，Gaballa [25] 和 Ghaffari [26] [32] 基于样品晶界处的…”

“…TaxHf1-xC 固溶陶瓷具有极高的熔点。自问世以 来，研究者利用 Pirani-Alterum 法 [13,15] 和激光法 [1][2]31] 等多种途径测试了不同组成 TaxHf1-xC 固溶陶瓷的 熔点，最终得到的熔点普遍在 4000 K 以上，其中 Savvatimskiy 等 [2] 测得 Ta0.8Hf0.2C 陶 瓷 的熔 点为 (4300±80) K，位列世界上所有已知物质之首。由于 在 4000 K 以上高温环境中精确地测试材料的熔点 极为困难，不同研究者以不同方法实测的 TaxHf1-xC 固溶陶瓷熔点数值差异较大，关于 Ta0.8Hf0.2C 固溶 陶瓷是否是世界上熔点最高的物质这一问题目前仍 存在争论。 在 Savvatimskiy 等 [2] 和 Andriievski 等 [15] 的研究中，Ta0.8Hf0.2C 固溶陶瓷的熔点高于 TaC 和 HfC ；而在 Rudy [13] 和 Barraza 等 [31] 的研究中， Ta0.8Hf0.2C 固溶陶瓷的熔点虽然高于其它固溶体系， 但低于非化学计量比的 TaC 或 HfC。为了避免实验 方法造成的误差，一些研究者结合相图分析 [19] 和 DFT(Density functional theory) [55] [1] 。 Kim 等 [18] 基于 Clarke 方 程 提 出…”

“…1 a) XRD patterns of Ta0.8Hf0.2C solid solution ceramic before and after SPS at different temperatures and b) more detailed diffraction patterns between 30ºand 45º [32] 另外， 由于碳化物中 Ta 的空位激活能 (3.5 eV) 小于 Hf(9.3 eV)，即 TaC 更容易产生内部金属空 位供 Hf 原子迁移，进而演变为溶剂组分 [42] 。 因此， TaxHf1-xC 固溶陶瓷的 x 数值越大，可供 Hf 原子扩 散迁移的金属空位越多，合成则越容易，所需的合 成温度越低。反之，x 数值越小，可供 Hf 原子扩散 迁移的金属空位越少，合成则越困难，所需的合成 温度越高。Deadmore [10] 甚至认为以碳化物高温固溶 法合成 Ta0.5Hf0.5C 和 Ta0.8Hf0.2C 两个体系的固溶陶 瓷，前者需要的合成温度要比后者高出 500 K。 表 1 TaxHf1-xC 固溶陶瓷粉体不同合成技术的优缺点 [1,[43][44][45][46] 。为提供较高的反应温度环境及细化晶粒， 大多数研究者基于金属与碳反应基本原理，借助自 蔓 延 高 温 合 成 技 术 ( Self-propagating High-temperature Synthesis, SHS)合成 TaxHf1-xC 固 溶陶瓷粉末。Kurbatkina 等 [43][44][45] 43] Fig. 2 Morphology of Ta0.8Hf0.2C solid solution ceramics synthesised by different SHS methods [43] (a,b) mixed Ta, Hf and carbon black simultaneously; (c,d) mixed Hf and carbon black first [47][48] [47] 的研究中，尽管对 Ta2O5、HfO2 和 C 粉进行了 高能球磨预处理，但 Ta0.8Hf0.2C 固溶陶瓷粉体的合 成温度仍高达 2200 ℃。 Ta2O5 + HfO2 + 10C = 2TaC + HfC + 7CO(g) (2) 为了克服 TaC 和 HfC 分步生成的缺点， 近年来， 研究者借鉴液相法制备纳米晶难熔金属碳化物的思 路，以 Ta、Hf 的可溶化合物和可溶性碳源为原料， 通过溶胶-凝胶工艺 [23,[49][50] 、 水热工艺 [22] 和溶剂热工 艺 [20][21]…”

Carbides and Nitrides of Zirconium and Hafnium

“…The binary systems of zirconium and hafnium with nitrogen and carbon were studied experimentally from circa 1000 °C to liquidus temperatures and most of the systematic studies of phase equilibria were performed before 1970. New experimental results on melting temperature determination and thermodynamic properties of single phases were published since then [61,62,63,64,65,66], and an entirely new stream of thermodynamic data has emerged from ab initio computations [1,67,68,69].…”

“…Due to the microseconds timeframe of discharge, the heat losses can be neglected, and the total energy is known from the capacitor calibration. Recently, this approach was successfully applied for carbides and nitrides films 100 µm or thinner [61,63,64,65,66,161,162] and the first experimental data on fusion enthalpies and high temperature heat capacities of ZrC and ZrN were reported. The fusion enthalpy of ZrN was measured as 104 kJ/mol [65], and the fusion enthalpy of ZrC x was found to increase from 92 kJ/mol for ZrC to 111 kJ/mol for ZrC 0.95 .…”