I carburi a base di Hf sono candidati altamente desiderabili per applicazioni di protezione termica sopra i 2.000°C grazie al loro punto di fusione estremamente elevato e alle proprietà meccaniche favorevoli. Tuttavia, in quanto indicatore cruciale per la progettazione della composizione e la valutazione delle prestazioni, il comportamento all'ossidazione statica dei carburi a base di Hf alle potenziali temperature di servizio è stato studiato raramente.
In uno studio pubblicato sulla rivista Advanced Powder Materials , un gruppo di ricercatori della Central South University e della China Academy of Launch Vehicle Technology ha rivelato il meccanismo di ossidazione statica dei bulk di (Hf, Ti)C a 2.500°C, nonché l'effetto delle sostituzioni di Ti sui loro comportamenti di ossidazione.
"L'aggiunta dell'elemento Ti può rendere più complessa la microstruttura dello strato di ossido di HfC", ha spiegato Shiyan Chen, autore principale dello studio. "In genere, uno strato di ossido composito di questo tipo ha proprietà protettive migliori."
Lo spessore dello strato di ossido sulla superficie di (Hf, Ti)C è stato ridotto del 62,29% rispetto a quello sulla superficie del monocarburo HfC dopo l'ossidazione a 2.500°C per 2.000 s. Il notevole miglioramento nella resistenza all'ossidazione è stato attribuito all'esclusiva struttura dello strato di ossido costituito da vari ossicarburi cristallini, HfO2 e carbonio.
"L'ossicarburo ricco di Ti ((Ti, Hf)Cx Osì ) disperso all'interno di HfO2 formato la struttura principale dello strato di ossido. All'HfO2 esisteva un confine coerente con la distorsione reticolare / (Ti, Hf)Cx Osì interfaccia lungo la direzione del piano cristallino (111), che fungeva da efficace barriera alla diffusione dell'ossigeno," ha aggiunto Chen.
L'ossicarburo ricco di Hf ((Hf, Ti)Cx Osì ) insieme a (Ti, Hf)Cx Osì , HfO2 , e il carbonio precipitato costituiva un denso strato di transizione, garantendo un legame favorevole tra lo strato di ossido e la matrice. Inoltre, il contenuto di Ti influenza la diffusione del carbonio nel reticolo (Hf, Ti)C e la distribuzione dell'ossicarburo ricco di Ti, che determinerà ulteriormente l'integrità strutturale dello strato di ossido. Sulla base dei risultati della cinetica di ossidazione, la sostituzione del 30%–40% di Ti fornisce il miglior miglioramento della resistenza all'ossidazione.
Secondo il professor Zhaoke Chen, co-responsabile e autore corrispondente, questo studio rappresenta una nuova esplorazione nel campo delle ceramiche ad altissima temperatura (UHTC). "Il nostro studio migliora la comprensione dell'evoluzione strutturale durante l'ossidazione a temperatura ultraelevata. I risultati offrono una guida teorica per ottimizzare la composizione degli UHTC per ampliare le loro applicazioni a temperature ultraelevate", ha affermato Chen.
Ulteriori informazioni: Shiyan Chen et al, Approfondimento sull'effetto delle sostituzioni di Ti sul comportamento di ossidazione statica di (Hf,Ti)C a 2500°C, Materiali in polvere avanzati (2023). DOI:10.1016/j.apmate.2023.100168
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