Карбид тантала-гафния

Карбид тантала-гафния (Ta_xHf_y-xC_y) — тугоплавкое химическое соединение, представляющее собой твердый раствор на основе карбидов тантала и гафния, имеющих наибольшие температуры плавления среди бинарных соединений (3768 ± 77 и 3959 ±84 градусов Цельсия соответственно [1]). Наивысшую температуру плавления имеет композиция, отвечающая стехиометрии Ta₄HfC₅, — 3905 ± 82 °С [2]. Для сравнения, температура плавления вольфрама, известного своей тугоплавкостью, — 3387-3422 °С [3] [4].

Измерение температуры плавления карбида тантала-гафния сопряжено с большими экспериментальными трудностями, и работ, посвященных экспериментальным исследованиям этого соединения, немного. В одной из таких работ проводилось исследование твердых растворов TaC-HfC в температурном интервале 2225—2275 °С и было показано, что стехиометрия Ta₄HfC₅ отвечает минимуму скорости испарения и, таким образом, максимуму термической стабильности. Скорость испарения оказалась сопоставимой с таковой у вольфрама и слабо зависела от начальной плотности образцов, полученных спеканием порошковых смесей индивидуальных карбидов. Также было установлено, что эта стехиометрия имеет минимальную скорость окисления в ряду твердых растворов TaC-HfC.^[1]

Кристаллическая структура карбидов тантала и гафния кубическая типа NaCl. Обычно они имеют вакансии в углеродной подрешетке и имеют номинальные формулы TaC_x и HfC_x, где x варьируется в пределах 0,7-1,0 для Ta и 0,56-1,0 для Hf. Подобная структура наблюдается также для некоторых из твердых растворов на основе этих карбидов.^[2] Значение плотности, полученное по данным рентгеновской дифрактометрии составило 13,6 г/см³ для Ta_0,5Hf_0,5C.^[3][4] У Ta_0,9Hf_0,1C_0,5 обнаружена гексагональная структура типа-NiAs (пр.гр. P63/mmc, N.194, символ Пирсона hP4) с плотностью 14,76 г/см³.^[3]

В 2015 году методом атомистического моделирования предсказано, что материал системы Hf-C-N может иметь температуру плавления, превышающую Ta₄HfC₅ примерно на 200 градусов, достигнув предела порядка 4161 °C (4435 K).^[5] в мае 2020 года исследователями Научно-исследовательского технологического университета (НИТУ) "МИСиС" создали ещё более тугоплавкое вещество - карбонитрид гафния ( ${\displaystyle HfC_{0,5}N_{0,35}}$).^[6] [5] [6]