هافنیوم کاربید چیست؟

هافنیوم کاربید یک ترکیب شیمیایی از هافنیم و کربن است که یکی از نسوزترین ترکیبات دوتایی شناخته شده برای انسان است که دارای نقطه ذوب تقریبا 3900 است. پودر کاربید هافنیوم از طریق کاهش اکسید هافنیم با کربن در دمای 1800 تا 2000 به دست می آید، که در آن به مدت طولانی پردازش، برای حذف اکسیژن نیاز است.

این ترکیب شیمیایی دارای بالاترین نقطه ذوب از بین آلیاژهای دوتایی شناخته شده است، به همین دلیل دارای انواع مختلفی از کاربردهای دمای بالا است. این کاندیدا برای کاربردهای با دمای بسیار بالا مانند نازل موشک و اجزای اسکرام جت در نظر گرفته شده است.

از کاربید هافنیم همچنین می توان در پوشش های سخت استفاده کرد، که اغلب توسط فرایندهایی مانند پاشش پلاسما اعمال می شود. علاوه بر این، کف های سازه HfC را می توان به اجزای با درجه حرارت بالا ساخت و یا به عنوان یک ماده عایق حرارتی استفاده کرد. همچنین در صنایع سرامیک استفاده می شود.

کاربید هافنیم یک جامد خاکستری تیره و شکننده است. با حرارت دادن مخلوطی از عناصر یا با واکنش تتراکلرید هافنیوم با متان در دمای 2100 درجه سانتیگراد، می توان مقدار کافی اکسید هافنیم یا اسفنج فلزی هافنیم را در طی تولید مقیاس وسیع زیرکونیوم خالص برای راکتورهای هسته ای به دست آورد.

در مقیاس صنعتی، هافنیوم کاربید را می توان از طریق اسفنج هافنیم هیدرید شده در دمای 1500-1700 درجه سانتیگراد یا از اکسید هافنیم در 2000-2200 درجه سانتیگراد با استفاده از کربوراسیون در خلاء در حضور هیدروژن تولید کرد.

کاربید حاصل، تقریباً حاوی مقدار نظری کربن (6.30 درصد C °) و حداکثر 0.1 درصد کربن آزاد (219) است. کاربید هافنیوم به دست آمده به همان اندازه که محلول کربن در مکان های بینابینی خاص شبکه مکعبی (cF8) است، یک ترکیب استوکیومتری واقعی نیست.

کاربید هافنی,م در اکثر معرف ها در دمای اتاق بی اثر است اما توسط محلول های اسید هیدروفلوئوریک حل می شود. هافنیوم کاربید با هالوژن در دمای 250-500 درجه سانتیگراد واکنش گرمایی نشان می دهد و تتراهالید هافنیوم ایجاد می کند و با اکسیژن بالای 500 درجه اکسید هافنیم تشکیل می شود. در حضور هیدروژن، کاربید هافنیم در دماهای بالاتر، به آرامی مقداری از کربن خود را از دست می دهد.

بر اساس مقاله ای که در سال 1993 میلادی منتشر شده است، بعد از اکسید شدن کاربید هافنیم در دمای 1400 تا 2060 درجه سانتیگراد، سه لایه مجزا در سطح مقطع فیلم وجود دارد:

(الف) یک لایه کاربید باقیمانده با اکسیژن محلول در شبکه، (ب) یک لایه متراکم اکسید حاوی کربن و (ج) یک لایه خارجی متخلخل از اکسید هافنیم. اندازه گیری های آزمایشی ضخامت لایه ها و غلظت اکسیژن با یک فرمولاسیون گسترده از تئوری انتشار مرز متحرک ترکیب می شوند تا ثابت های انتشار اکسیژن در هر سه لایه را به دست آورند.

نتایج نشان می دهد که لایه بین اکسید، مانع انتشار بهتری برای اکسیژن از هر یک از لایه های دیگر است. بر اساس میکروآنالیز اشعه X، پراش اشعه X و اندازه گیری مقاومت، لایه بین لایه اکسید حاوی هافنیوم با کمبود اکسیژن و ناخالصی کربن است. سختی بین لایه هم برابر با لایه کاربید باقیمانده است.