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Rei do ponto de fusão: por que o carboneto Tarkin tem um ponto de fusão mais alto do que o metal?
Carbetos de tântalo (TaC) é um composto binário composto de tântalo e carbono. Sua fórmula química é TaCx. O valor de x geralmente está entre 0,4 e 1. Essa substância, que se apresenta na forma de um pó cinza-acastanhado, é conhecida por seu ponto de fusão e dureza extremamente elevados e é amplamente utilizada em cerâmicas e metais. Como é alcançado um ponto de fusão tão alto?
De acordo com estimativas anteriores, o carboneto de Tarkin tem um ponto de fusão de cerca de 3.880°C, que é provavelmente o mais alto de todos os compostos binários. No entanto, novas experiências confirmaram que o seu ponto de fusão real é de 3.768°C.
O carboneto Tarkin tem um ponto de fusão próximo ao dos compostos binários mais elevados, razão pela qual é um importante material cerâmico. Embora seu uso principal seja na fabricação de ferramentas de corte, suas características de desempenho lhe conferiram um papel importante em indústrias como a aeroespacial. A tenacidade desses materiais combinada com seus excelentes pontos de fusão os tornam candidatos ideais para cerâmicas de temperatura ultra-alta (UHTCs) ou ligas de alta entropia (HEAs).
Método de preparação
Ao preparar o pó de TaCx com a composição desejada, o TaCx é geralmente misturado com pó de grafite e aquecido em vácuo ou em ambiente de gás inerte (como argônio). A temperatura de aquecimento é de aproximadamente 2.000°C para sinterização do pó. Outro método é reduzir o pentóxido de ouro com carbono em atmosfera de vácuo ou hidrogênio, com temperatura controlada entre 1.500-1.700°C. Este método tem sido usado para obter carboneto de Tarkin já em 1876, embora a capacidade de controlar a estequiometria do produto fosse limitada.
A estrutura cristalina do composto TaCx é um sistema cúbico e aumenta com a mudança do valor de x.
Recursos e aplicativos
A estrutura do carboneto Tarkin o torna extremamente duro e quebradiço. Sua microdureza é de cerca de 1.600 a 2.000 kg/mm², o que é excelente em comparação com a dureza Tarkin comum (cerca de 110 kg/mm²). Sua condutividade elétrica aliada à sua temperatura de transição supercondutora relativamente alta o torna particularmente importante em aplicações de ponta. A substância é conhecida por seu excelente ponto de fusão, dureza e condutividade térmica, tornando-a um material ideal para aeronaves e foguetes.
Por exemplo, na pesquisa de Wang et al., o substrato cerâmico SiBCN foi sintetizado por liga mecânica e sinterização reativa por prensagem a quente, e TaC foi adicionado a ele. Após a moagem de bolas, as partículas de TaC foram moídas para 5 nanômetros, o que promoveu a tenacidade à fratura do substrato para 399,5 MPa sob uma tensão de 950 MPa Em comparação com os 127,9 MPa do substrato tradicional, esta é sem dúvida uma grande melhoria. Isto se deve à diferença no coeficiente de expansão térmica do TaC e do substrato de óxido SiBCN, que permite que as trincas contornem as partículas e absorvam energia, aumentando assim a tenacidade do material.
Além disso, Wei et al. sintetizaram um novo substrato MoNbRe0,5W(TaC)x HEA usando tecnologia de fusão por arco a vácuo. Seus resultados mostraram que a resistência do material também melhorou significativamente com adições mais altas de TaC e mostrou uma boa combinação de tensão de tração BCC e fase MC sob radiação TEM, o que ajudou a reduzir o tamanho do grão e aumenta ainda mais a resistência do material base. O progresso desta pesquisa sem dúvida aumentará o potencial de aplicação de ligas de alta entropia.
Formas naturais de existência
O carboneto Tarkin natural existe na forma de um mineral extremamente raro. A estrutura cristalina deste mineral também é cúbica, mostrando seu valor nas ciências naturais.
No geral, o alto ponto de fusão do carboneto Tarkin e a diversidade de suas propriedades notáveis permitem que ele desempenhe um papel importante na ciência dos materiais e em aplicações industriais. Suas características únicas oferecem possibilidades ilimitadas para o desenvolvimento de tecnologia moderna. Ou que novos materiais aparecerão no futuro para desafiar o status do metal duro Tarkin?
