Carbonetos à base de Hf são candidatos altamente desejáveis ​​para aplicações de proteção térmica acima de 2.000°C devido ao seu ponto de fusão extremamente alto e propriedades mecânicas favoráveis. No entanto, como um indicador crucial para o projeto de composição e avaliação de desempenho, o comportamento de oxidação estática de carbonetos à base de Hf em suas temperaturas potenciais de serviço raramente foi estudado.



Em um estudo publicado na revista Advanced Powder Materials , um grupo de pesquisadores da Central South University e da China Academy of Launch Vehicle Technology revelou o mecanismo de oxidação estática de volumes de (Hf, Ti) C a 2.500 ° C, bem como o efeito das substituições de Ti em seus comportamentos de oxidação.

“A adição do elemento Ti pode tornar a microestrutura da camada de óxido de HfC mais complexa”, explicou Shiyan Chen, principal autor do estudo. "Normalmente, essa camada de óxido composto tem melhores propriedades protetoras."

A espessura da camada de óxido na superfície do (Hf, Ti)C foi reduzida em 62,29% em comparação com a da superfície do monocarboneto HfC após oxidação a 2.500°C por 2.000 s. A melhoria dramática na resistência à oxidação foi atribuída à estrutura única da camada de óxido que consiste em vários oxicarbetos cristalinos, HfO2. e carbono.

"O oxicarbeto rico em Ti ((Ti, Hf)C_x Ó_você ) disperso em HfO₂ formou a estrutura principal da camada de óxido. Existia um limite coerente com distorção de rede no HfO₂ / (Ti, Hf)C_x Ó_você interface ao longo da direção do plano cristalino (111), que serviu como uma barreira eficaz de difusão de oxigênio", acrescentou Chen.

O oxicarbeto rico em Hf ((Hf, Ti)C_x Ó_você ) junto com (Ti, Hf)C_x Ó_você , HfO₂ , e o carbono precipitado constituiu uma densa camada de transição, garantindo uma ligação favorável entre a camada de óxido e a matriz. Além disso, o teor de Ti afeta a difusão do carbono na rede (Hf, Ti) C e a distribuição do oxicarbeto rico em Ti, o que determinará ainda mais a integridade estrutural da camada de óxido. Com base nos resultados da cinética de oxidação, a substituição de 30% a 40% de Ti fornece o melhor aumento da resistência à oxidação.

De acordo com o professor Zhaoke Chen, co-líder e autor correspondente, este estudo representa uma nova exploração no campo da cerâmica de temperatura ultra-alta (UHTCs). "Nosso estudo aumenta a compreensão da evolução estrutural durante a oxidação em temperaturas ultra-altas. As descobertas oferecem orientação teórica para otimizar a composição dos UHTCs para ampliar suas aplicações em temperaturas ultra-altas", disse Chen.

Mais informações: Shiyan Chen et al, Insight sobre o efeito das substituições de Ti no comportamento de oxidação estática de (Hf,Ti)C a 2500°C, Advanced Powder Materials (2023). DOI:10.1016/j.apmate.2023.100168
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