Los carburos a base de Hf son candidatos muy deseables para aplicaciones de protección térmica por encima de 2000 °C debido a su punto de fusión extremadamente alto y sus propiedades mecánicas favorables. Sin embargo, como indicador crucial para el diseño de la composición y la evaluación del rendimiento, rara vez se ha estudiado el comportamiento de oxidación estática de los carburos a base de Hf a sus posibles temperaturas de servicio.
En un estudio publicado en la revista Advanced Powder Materials , un grupo de investigadores de la Universidad Central Sur y la Academia China de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento revelaron el mecanismo de oxidación estática de masas de (Hf, Ti)C a 2500 °C, así como el efecto de las sustituciones de Ti en sus comportamientos de oxidación.
"La adición del elemento Ti puede hacer que la microestructura de la capa de óxido de HfC sea más compleja", explicó Shiyan Chen, autor principal del estudio. "Por lo general, una capa de óxido compuesto de este tipo tiene mejores propiedades protectoras."
El espesor de la capa de óxido en la superficie de (Hf, Ti)C se redujo en un 62,29% en comparación con el de la superficie de monocarburo de HfC después de la oxidación a 2500 °C durante 2000 s. La espectacular mejora en la resistencia a la oxidación se atribuyó a la estructura única de la capa de óxido que consiste en varios oxicarburos cristalinos, HfO2 y carbono.
"El oxicarburo rico en Ti ((Ti, Hf)Cx Oy ) dispersos dentro de HfO2 formó la estructura principal de la capa de óxido. Existía un límite coherente con distorsión reticular en el HfO2 / (Ti, Hf)Cx Oy interfaz a lo largo de la dirección del plano cristalino (111), que sirvió como una barrera efectiva para la difusión de oxígeno", añadió Chen.
El oxicarburo rico en Hf ((Hf, Ti)Cx Oy ) junto con (Ti, Hf)Cx Oy , HfO2 , y el carbono precipitado constituyó una capa de transición densa, asegurando una unión favorable entre la capa de óxido y la matriz. Además, el contenido de Ti afecta la difusión del carbono en la red (Hf, Ti) C y la distribución del oxicarburo rico en Ti, lo que determinará aún más la integridad estructural de la capa de óxido. Según los resultados de la cinética de oxidación, la sustitución de 30 % a 40 % de Ti proporciona la mejor mejora de la resistencia a la oxidación.
Según el profesor Zhaoke Chen, codirector y autor correspondiente, este estudio representa una exploración novedosa en el campo de las cerámicas de temperatura ultraalta (UHTC). "Nuestro estudio mejora la comprensión de la evolución estructural durante la oxidación a temperaturas ultraaltas. Los hallazgos ofrecen una guía teórica para optimizar la composición de los UHTC para ampliar sus aplicaciones a temperaturas ultraaltas", afirmó Chen.
Más información: Shiyan Chen et al, Información sobre el efecto de las sustituciones de Ti en el comportamiento de oxidación estática de (Hf,Ti)C a 2500 °C, Materiales en polvo avanzados (2023). DOI:10.1016/j.apmate.2023.100168
Proporcionado por KeAi Communications Co.
