Afsløring af virkningen af ​​Ti-substitutioner på den statiske oxidationsadfærd af (Hf,Ti)C ved 2.500°C

Hf-baserede karbider er yderst ønskværdige kandidater til termisk beskyttelsesapplikationer over 2.000°C på grund af deres ekstremt høje smeltepunkt og gunstige mekaniske egenskaber. Som en afgørende indikator for sammensætningsdesign og ydelsesvurdering er den statiske oxidationsadfærd af Hf-baserede carbider ved deres potentielle driftstemperaturer imidlertid sjældent blevet undersøgt.

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Advanced Powder Materials , afslørede en gruppe forskere fra Central South University og China Academy of Launch Vehicle Technology den statiske oxidationsmekanisme af (Hf, Ti)C-bulks ved 2.500°C, såvel som effekten af ​​Ti-substitutioner på deres oxidationsadfærd.

"Tilsætningen af ​​Ti-element kan gøre mikrostrukturen af ​​HfC-oxidlaget mere kompleks," forklarede Shiyan Chen, hovedforfatter af undersøgelsen. "Typisk har et sådant sammensat oxidlag bedre beskyttende egenskaber."

Tykkelsen af ​​oxidlaget på overfladen af ​​(Hf, Ti)C blev reduceret med 62,29% sammenlignet med tykkelsen på HfC monocarbidoverfladen efter oxidation ved 2.500°C i 2.000 s. Den dramatiske forbedring i oxidationsresistens blev tilskrevet den unikke oxidlagstruktur bestående af forskellige krystallinske oxycarbider, HfO₂ og kulstof.

"Det Ti-rige oxycarbid ((Ti, Hf)C_x O_y ) spredt i HfO₂ dannede hovedstrukturen af ​​oxidlaget. En sammenhængende grænse med gitterforvrængning eksisterede ved HfO₂ / (Ti, Hf)C_x O_y grænseflade langs (111) krystalplanretningen, som fungerede som en effektiv oxygendiffusionsbarriere," tilføjede Chen.

Det Hf-rige oxycarbid ((Hf, Ti)C_x O_y ) sammen med (Ti, Hf)C_x O_y , HfO₂ , og udfældet kulstof udgjorde et tæt overgangslag, hvilket sikrede en gunstig binding mellem oxidlaget og matrixen. Endvidere påvirker Ti-indholdet diffusionen af ​​kulstof i (Hf, Ti)C-gitter og fordelingen af ​​Ti-rigt oxycarbid, hvilket yderligere vil bestemme den strukturelle integritet af oxidlaget. Baseret på resultaterne af oxidationskinetikken giver 30-40 at% Ti-substitution den bedste forbedring af oxidationsmodstanden.

Ifølge professor Zhaoke Chen, medleder og tilsvarende forfatter, repræsenterer denne undersøgelse en ny udforskning inden for keramik med ultrahøj temperatur (UHTC'er). "Vores undersøgelse forbedrer forståelsen af ​​den strukturelle udvikling under ultrahøj temperaturoxidation. Resultaterne giver teoretisk vejledning til at optimere sammensætningen af ​​UHTC'er for at udvide deres anvendelser ved ultrahøje temperaturer," sagde Chen.

Flere oplysninger: Shiyan Chen et al., Indsigt i effekten af ​​Ti-substitutioner på den statiske oxidationsadfærd af (Hf,Ti)C ved 2500°C, Avancerede pulvermaterialer (2023). DOI:10.1016/j.apmate.2023.100168

Leveret af KeAi Communications Co.