Language
Country/Area
No result found
Vua điểm nóng chảy: Tại sao cacbua Tarkin có điểm nóng chảy cao hơn kim loại?
Tantalum cacbua (TaC) là một hợp chất nhị phân bao gồm Tantalum và carbon. Công thức hóa học của nó là TaCx. Giá trị của x thường nằm trong khoảng từ 0,4 đến 1. Chất này xuất hiện dưới dạng bột màu xám nâu, được biết đến với điểm nóng chảy và độ cứng cực cao và được sử dụng rộng rãi trong gốm sứ và kim loại. Làm thế nào đạt được điểm nóng chảy cao như vậy?
Theo ước tính trước đây, cacbua Tarkin có nhiệt độ nóng chảy khoảng 3.880°C, có lẽ là nhiệt độ cao nhất trong tất cả các hợp chất nhị phân. Tuy nhiên, các thí nghiệm mới đã xác nhận điểm nóng chảy thực tế của nó là 3.768°C.
Tarkin cacbua có điểm nóng chảy gần bằng điểm nóng chảy của các hợp chất nhị phân cao nhất, đó là lý do tại sao nó là vật liệu gốm quan trọng. Mặc dù công dụng chính của nó là sản xuất dụng cụ cắt, nhưng đặc tính hiệu suất của nó đã mang lại cho nó một vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ. Độ dẻo dai của những vật liệu này kết hợp với điểm nóng chảy tuyệt vời của chúng khiến chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho gốm sứ nhiệt độ cực cao (UHTC) hoặc hợp kim entropy cao (HEA).
Phương pháp chuẩn bị
Khi điều chế bột TaCx có thành phần mong muốn, TaCx thường được trộn với bột than chì và đun nóng trong chân không hoặc môi trường khí trơ (chẳng hạn như argon). Nhiệt độ gia nhiệt khoảng 2.000°C để thiêu kết bột. Một phương pháp khác là khử vàng pentoxit bằng carbon trong chân không hoặc khí quyển hydro, với nhiệt độ được kiểm soát trong khoảng 1.500-1.700°C. Phương pháp này đã được sử dụng để thu được cacbua Tarkin ngay từ năm 1876, mặc dù khả năng kiểm soát tính năng cân bằng hóa học của sản phẩm còn hạn chế.
Cấu trúc tinh thể của hợp chất TaCx là hệ lập phương và tăng dần khi giá trị x thay đổi.
Tính năng và ứng dụng
Cấu trúc của cacbua Tarkin làm cho nó cực kỳ cứng và giòn. Độ cứng vi mô của nó là khoảng 1.600 đến 2.000 kg/mm2, rất tuyệt vời so với độ cứng Tarkin thông thường (khoảng 110 kg/mm2). Độ dẫn điện của nó cùng với nhiệt độ chuyển tiếp siêu dẫn tương đối cao khiến nó đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng cao cấp. Chất này được biết đến với điểm nóng chảy, độ cứng và tính dẫn nhiệt tuyệt vời, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho máy bay và tên lửa.
Ví dụ, trong nghiên cứu của Wang và cộng sự, chất nền gốm SiBCN được tổng hợp bằng cách tạo hợp kim cơ học và thiêu kết ép nóng phản ứng, và TaC đã được thêm vào đó. Sau khi nghiền bi, các hạt TaC được nghiền đến kích thước 5 nanomet, điều này đã nâng cao độ bền đứt gãy của chất nền lên 399,5 MPa dưới áp suất 950 MPa so với 127,9 MPa của chất nền truyền thống, đây chắc chắn là một cải tiến lớn. Điều này là do sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt của TaC và chất nền oxit SiBCN, cho phép các vết nứt đi qua các hạt và hấp thụ năng lượng, từ đó nâng cao độ dẻo dai của vật liệu.
Ngoài ra, Wei và cộng sự đã tổng hợp chất nền MoNbRe0.5W(TaC)x HEA mới bằng công nghệ nấu chảy hồ quang chân không. Kết quả của họ cho thấy độ bền của vật liệu cũng được cải thiện đáng kể khi bổ sung TaC cao hơn và cho thấy sự kết hợp tốt giữa ứng suất kéo BCC và pha MC dưới bức xạ TEM, giúp giảm kích thước hạt và tăng cường hơn nữa độ bền của vật liệu cơ bản. Tiến trình của nghiên cứu này chắc chắn sẽ nâng cao tiềm năng ứng dụng của hợp kim có entropy cao.
Các hình thức tồn tại tự nhiên
Cacbua Tarkin tự nhiên tồn tại dưới dạng một loại khoáng chất cực kỳ quý hiếm. Cấu trúc tinh thể của loại khoáng chất này cũng là khối, thể hiện giá trị của nó trong khoa học tự nhiên.
Nhìn chung, điểm nóng chảy cao của cacbua Tarkin và tính đa dạng của các đặc tính vượt trội của nó cho phép nó đóng một vai trò quan trọng trong khoa học vật liệu và các ứng dụng công nghiệp. Đặc điểm độc đáo của nó mang lại khả năng không giới hạn cho sự phát triển của công nghệ hiện đại. Hoặc, những vật liệu mới nào sẽ xuất hiện trong tương lai để thách thức vị thế của cacbua Tarkin?
