Фізики визначили саму тугоплавку речовину

Фізики з Імперського коледжу Лондона, Інституту трансуранових елементів (Карлсруе) і Університету Лондона уточнили температури плавлення карбидів гафнію і танталу. За допомогою лазерних методів плавки вчені показали, що найбільшою температурою плавлення володіє чистий карбід гафнію - HfC_0,98 - матеріал плавиться при 3959 84 градусах Цельсія. Раніше вважалося, що самим тугоплавким матеріалом з відомих є змішаний карбід гафнію-танталу, що містить приблизно 20 відсотків гафнію. Дослідження опубліковано в журналі коротко про нього повідомляє прес-реліз коледжу.

Дослідження температури плавлення карбидів гафнію і танталу датуються ще першою половиною XX століття. Для цього використовувався метод Пірані-Алтертума: за допомогою електричного струму нагрівалася платівка матеріалу з отвором у центрі. За платівкою стежили за допомогою пірометра. У момент плавлення отвір виявлявся заповнений матеріалом і змінював своє світіння. Розкид температур плавлення, визначених цим методом для карбіду гафнію склав майже двісті градусів, і за результатами вимірювань важко було однозначно визначити, який з карбидів гафнію і танталу є найбільш тугоплавким.

Автори нової роботи, відзначивши недосконалість ранніх пірометрів і методик, запропонували використовувати новий підхід для визначення температури плавлення. У ній зразок кераміки плавився під дією потужного 4,5-кіловаттного лазера, після чого дослідники стежили за його світінням. Момент плавлення визначався за зміною відбиття від поверхні. Після цього лазер відключався, а температура плавлення визначалася за плато на графіку остигання зразка: у момент ствердування теплота, що відводиться від зразка, не змінює його температури.

У результаті виявилося, що найменшою температурою плавлення володіє карбід танталу - вона відповідає 3768 77 градусам Цельсія. Цікаво, що в деяких ранніх роботах карбід танталу навпаки вважався більш тугоплавким, ніж карбід гафнію. Високими температурами плавлення володів склад Ta_0.8Hf_0.2C, який раніше вважався рекордсменом - близько 3905 82 градусів Цельсія. Інші змішані карбіди плавилися при більш низьких температурах. Абсолютним рекордсменом, за даними нової роботи, став карбід гафнію HfC_0,98, матеріал плавиться при 3959-84 градусах Цельсія. Для порівняння, самим тугоплавким металом є вольфрам, що плавиться при 3422 градусах Цельсія.

Вважається, що карбідні кераміки можуть знайти застосування при будівництві гіперзвукових літаків. При русі в атмосфері на швидкості понад п'ять чисел Маха теплозахист повинен витримувати температури в 2200 кельвін і вище.

Раніше хіміки з Університету Брауна (Провіденс) теоретично передбачили існування фази змішаного карбіду-нітриду гафнію з рекордно високою температурою плавлення - понад 4400 кельвін. Її склад відповідає формулі HfN_0.38C_0.51.