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융점의 왕: Tarkin 탄화물은 왜 금속보다 융점이 더 높나요?
탄탈륨 탄화물(TaC)은 탄탈륨과 탄소로 구성된 이성분 화합물입니다. 화학식은 TaCx입니다. x의 값은 일반적으로 0.4에서 1 사이입니다. 갈색을 띤 회색 분말로 나타나는 이 물질은 녹는점이 매우 높고 경도가 높은 것으로 알려져 있으며 세라믹과 금속에 널리 사용됩니다. 어떻게 이렇게 높은 녹는점을 얻을 수 있나요?
이전 추정에 따르면 Tarkin 탄화물의 녹는점은 약 3,880°C로 아마도 모든 이성분 화합물 중에서 가장 높을 것입니다. 그러나 새로운 실험에 따르면 실제 녹는점은 3,768°C라는 것이 확인되었습니다.
타르킨 카바이드는 가장 높은 이성분 화합물의 녹는점에 가깝기 때문에 중요한 세라믹 재료입니다. 주로 절삭 공구 제조에 사용되지만 성능 특성으로 인해 항공우주와 같은 산업에서 중요한 역할을 합니다. 우수한 융점과 결합된 이러한 재료의 인성은 초고온 세라믹(UHTC) 또는 고엔트로피 합금(HEA)에 이상적인 후보가 됩니다.
준비방법
원하는 조성의 TaCx 분말을 제조할 때 일반적으로 TaCx는 흑연 분말과 혼합되어 진공 또는 불활성 가스 환경(예: 아르곤)에서 가열됩니다. 분말 소결을 위한 가열 온도는 약 2,000°C입니다. 또 다른 방법은 온도를 1,500~1,700°C로 조절하면서 진공 또는 수소 분위기에서 탄소로 오산화금을 환원하는 것입니다. 이 방법은 1876년 초에 Tarkin 탄화물을 얻는 데 사용되었지만 제품의 화학량론을 제어하는 능력은 제한적이었습니다.
TaCx 화합물의 결정구조는 입방정계로 x값의 변화에 따라 증가한다.
기능 및 애플리케이션
Tarkin 탄화물의 구조는 매우 단단하고 부서지기 쉽습니다. 마이크로 경도는 약 1,600~2,000kg/mm²로 일반 타킨 경도(약 110kg/mm²)에 비해 우수합니다. 상대적으로 높은 초전도 전이 온도와 결합된 전기 전도도는 고급 응용 분야에서 특히 중요합니다. 이 물질은 녹는점, 경도, 열전도율이 뛰어나 항공기와 로켓에 이상적인 소재로 알려져 있습니다.
예를 들어 Wang 등의 연구에서는 SiBCN 세라믹 기판을 기계적 합금화와 반응성 열간 압착 소결로 합성하고 여기에 TaC를 첨가했습니다. 볼 밀링 후 TaC 입자는 5nm로 분쇄되어 950MPa의 응력 하에서 기판의 파괴 인성이 399.5MPa로 향상되었으며 이는 기존 기판의 127.9MPa에 비해 의심할 여지 없이 큰 개선입니다. 이는 TaC와 SiBCN 산화물 기판의 열팽창 계수 차이로 인해 균열이 입자를 우회하고 에너지를 흡수하여 재료 인성을 향상시킬 수 있기 때문입니다.
또한 Wei 등은 진공 아크 용융 기술을 사용하여 새로운 MoNbRe0.5W(TaC)x HEA 기판을 합성했습니다. 그들의 결과는 더 높은 TaC 첨가에서도 재료의 강도가 크게 향상되었으며 TEM 방사선 하에서 BCC 인장 응력과 MC 위상의 우수한 조합을 보여줌으로써 입자 크기를 줄이고 기본 재료의 강도를 더욱 향상시키는 것으로 나타났습니다. 이 연구의 진전은 의심할 여지없이 고엔트로피 합금의 응용 가능성을 향상시킬 것입니다.
자연스러운 존재 형태
천연 타킨 탄화물은 매우 희귀한 광물의 형태로 존재하며, 결정구조도 입방체로 자연과학적으로 그 가치를 보여줍니다.
전반적으로 Tarkin 탄화물은 높은 융점과 다양한 놀라운 특성을 통해 재료 과학 및 산업 응용 분야에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 그 독특한 특성은 현대 기술 개발에 무한한 가능성을 제공합니다. 아니면 앞으로는 어떤 신소재가 등장해 타킨 카바이드의 위상에 도전하게 될까요?
