Hafniyum karbür

Hafniyum karbür
Hafnium carbide
Tanımlayıcılar
3D model (JSmol)
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.031.910 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
EC Numarası
  • 235-114-1
  • InChI=1S/C.Hf/q-1;+1 
    Key: NVDNLVYQHRUYJA-UHFFFAOYSA-N 
  • InChI=1/C.Hf/q-1;+1/rCHf/c1-2
    Key: NVDNLVYQHRUYJA-GLWNXBRTAK
  • [Hf+]#[C-]
Özellikler
Molekül formülü HfC
Molekül kütlesi 190.50 g/mol
Görünüm siyah kokusuz toz
Yoğunluk 12.2 g/cm3[1]
Erime noktası 3.958 °C (7.156 °F; 4.231 K)[2]
Çözünürlük (su içinde) çözülemez
Yapı
Kübik kristal yapı, cF8
Fm3m, No. 225
Tehlikeler
GHS etiketleme sistemi:
Piktogramlar GHS02: Alevlenir
İşaret sözcüğü Warning
Tehlike ifadeleri H228
NFPA 704
(yangın karosu)
NFPA 704 four-colored diamondSağlık 2: Yoğun veya sürekli ancak kronik olmayan maruziyet geçici iş göremezliğe veya olası kalıcı hasara neden olabilir. Örnek: KloroformYanıcılık 2: Tutuşmanın gerçekleşebilmesi için orta derecede ısıtılması veya nispeten yüksek ortam sıcaklığına maruz bırakılması gerekmektedir. Alevlenme noktası 38 ila 93 °C arasındadır (100 ila 200 °F). Örnek: Dizel yakıtıKararsızlık 1: Genellikle kararlıdır, ancak yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda kararsız hale gelebilir. Örnek: KalsiyumÖzel tehlikeler (beyaz): kod yok
2
2
1
Aksi belirtilmediği sürece madde verileri, Standart sıcaklık ve basınç koşullarında belirtilir (25 °C [77 °F], 100 kPa).
 doğrula (bu nedir? )
Bilgi kutusu kaynakları

Hafniyum karbür (HfC), hafniyum ve karbonun bir kimyasal bileşiğidir. Daha önce bu malzemenin erime noktasının yaklaşık 3,900 °C.[2] olduğu tahmin ediliyordu.[2] Daha yeni testler, maddenin 3,958 °C'lik daha da yüksek bir erime noktasına sahip olduğunu kesin olarak kanıtlamıştır ve bu, daha önce daha yüksek olduğu tahmin edilen tantal karbür ve tantal hafniyum karbürün erime noktalarını aşmaktadır.[3] Ancak, 30 °C. gibi düşük sıcaklıklarda başlayan oksidasyon ile düşük oksidasyon direncine sahiptir.[4] 2018'deki deneysel testler, daha yüksek erime noktasını doğrulayarak 3.982 (±30°C) sonucu vermiştir ve erime noktasının 4.000°C'yi bile aşma olasılığı düşüktür.[5]

2015 yılında yapılan atomistik simülasyonlar, benzer bir bileşik olan hafniyum karbonitridin (HfCN) erime noktasının hafniyum karbürün erime noktasını bile aşabileceğini öngörmüştür.[6] 2020'de elde edilen deneysel kanıtlar, gerçekten de 4.000 °C'yi aşan daha yüksek bir erime noktasına sahip olduğunu doğrulamıştır.[7] Daha yakın tarihli ab initio moleküler dinamik hesaplamaları ise HfC0.75N0.22 fazının 4.110 ± 62 °C gibi, herhangi bir malzeme için bilinen en yüksek erime noktasına sahip olduğunu öngörmektedir.[8]

Hafniyum karbür genellikle karbon eksiktir ve bu nedenle bileşimi sıklıkla HfCx (x = 0,5 ila 1,0) olarak ifade edilir. Herhangi bir x değerinde kübik (kaya tuzu) kristal yapısına sahiptir. [9]

Hafniyum karbür tozu, hafniyum(IV) oksidin 1800 ila 2000 °C'de karbon ile indirgenmesiyle elde edilir. Tüm oksijeni uzaklaştırmak için uzun bir işlem süresi gereklidir. Alternatif olarak, yüksek saflıkta HfC kaplamalar, metan, hidrojen ve buharlaştırılmış hafniyum(IV) klorür gaz karışımından kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemiyle elde edilebilir.

Hafniyum karbür (HfC), yüksek sertlik (Mohs ölçeğinde 9'dan yüksek[10]) ve erime noktası[2] gibi elverişli özelliklerine rağmen, sentezinin teknik karmaşıklığı ve yüksek maliyeti nedeniyle çok sınırlı bir kullanıma sahiptir.

HfCx 'in manyetik özellikleri, x ≤ 0.8 için paramanyetikten daha büyük x değerlerinde diyamanyetiğe değişir. Aynı kristal yapısına sahip olmasına rağmen, TaCx için tersi bir davranış (x arttıkça diyamanyetik-paramanyetik geçiş) gözlenir.[11]

Kaynakça

Kaynakçanın önizlemesi

  1. ^ Physical Constants of Inorganic Compounds in Lide, D. R., (Ed.) (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86. bas.). Boca Raton (FL): CRC Press. ss. 4–44 ff. ISBN 0-8493-0486-5. 
  2. ^ a b c d Harry Julius Emeléus (1968). "Metal Carbides". Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. Academic Press. ss. 169-170. ISBN 978-0-12-023611-4. 
  3. ^ Cedillos-Barraza, Omar; Manara, Dario; Boboridis, K.; Watkins, Tyson; Grasso, Salvatore; Jayaseelan, Daniel D.; Konings, Rudy J. M.; Reece, Michael J.; Lee, William E. (2016). "Investigating the highest melting temperature materials: A laser melting study of the TaC-HFC system". Scientific Reports. Cilt 6. s. 37962. Bibcode:2016NatSR...637962C. doi:10.1038/srep37962. PMC 5131352 $2. PMID 27905481. 
  4. ^ Shimada, Shiro (October 1992). "Oxidation Kinetics of Hafnium Carbide in the Temperature Range of 480° to 600°C". Journal of the American Ceramic Society. 75 (10). ss. 2671-2678. doi:10.1111/j.1151-2916.1992.tb05487.x. 
  5. ^ Ushakov, Sergey V.; Navrotsky, Alexandra; Hong, Qi-Jun; van de Walle, Axel (26 Ağustos 2019). "Carbides and Nitrides of Zirconium and Hafnium". Materials. 12 (17). s. 2728. Bibcode:2019Mate...12.2728U. doi:10.3390/ma12172728. PMC 6747801 $2. PMID 31454900.  Geçersiz |doi-access=free (yardım)
  6. ^ Hong, Qi-Jun; van de Walle, Axel (2015). "Prediction of the material with highest known melting point from ab initio molecular dynamics calculations". Physical Review B. 92 (2). s. 020104. Bibcode:2015PhRvB..92b0104H. doi:10.1103/PhysRevB.92.020104. ISSN 1098-0121.  Geçersiz |doi-access=free (yardım)
  7. ^ "Scientists Create World's Most Heat Resistant Material with Potential Use for Spaceplanes". Forbes. 3 Aralık 2024 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Şubat 2025. 
  8. ^ Dai, Yu; Zeng, Fanhao; Liu, Honghao; Gao, Yafang; Yang, Qiaobin; Chen, Meiyan; Huang, Rui; Gu, Yi (15 Ekim 2023). "Controlled nitrogen content synthesis of hafnium carbonitride powders by carbonizing hafnium nitride for enhanced ablation properties". Ceramics International (İngilizce). 49 (20). ss. 33265-33274. doi:10.1016/j.ceramint.2023.08.035. eISSN 1873-3956. ISSN 0272-8842. OCLC 9997899259. 13 Aralık 2024 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Şubat 2025. 
  9. ^ Lavrentyev, A.A.; Gabrelian, B.V.; Vorzhev, V.B.; Nikiforov, I.Ya.; Khyzhun, O.Yu.; Rehr, J.J. (26 Ağustos 2008). "Electronic structure of cubic HfxTa1–xCy carbides from X-ray spectroscopy studies and cluster self-consistent calculations". Journal of Alloys and Compounds. 462 (1–2). ss. 4-10. doi:10.1016/j.jallcom.2007.08.018. 
  10. ^ James F. Shackelford; William Alexander, (Ed.) (2001). CRC Materials Science and Engineering Handbook. 3rd. CRC Press. ISBN 978-0-849-32696-7. 
  11. ^ Aleksandr Ivanovich Gusev; Andreĭ Andreevich Rempel; Andreas J. Magerl (2001). Disorder and Order in Strongly Nonstoichiometric Compounds: Transition Metal Carbides, Nitrides, and Oxides. Springer. ss. 513-516. ISBN 978-3-540-41817-7.