كربيد الهافنيوم

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

كربيد الهافنيوم ( Hf₃C ) مركب كيميائي يتكون من الهافنيوم والكربون . قُدِّر سابقًا أن درجة انصهاره تبلغ حوالي 3900 درجة مئوية. [ 2 ] وقد أثبتت اختبارات حديثة بشكل قاطع أن درجة انصهاره أعلى من ذلك، حيث بلغت 3958 درجة مئوية، متجاوزةً بذلك درجة انصهار كربيد التنتالوم وكربيد التنتالوم والهافنيوم، اللذين قُدِّرت درجة انصهارهما سابقًا بأنها أعلى. [ 3 ] ومع ذلك، يتميز بمقاومة منخفضة للأكسدة، إذ تبدأ الأكسدة عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 430 درجة مئوية. [ 4 ] وقد أكدت الاختبارات التجريبية التي أُجريت عام 2018 ارتفاع درجة انصهاره، حيث بلغت 3982 درجة مئوية (±30 درجة مئوية)، مع احتمال ضئيل أن تتجاوز درجة انصهاره 4000 درجة مئوية. [ 5 ]   

تنبأت محاكاة ذرية أُجريت عام 2015 بأن مركبًا مشابهًا، وهو كربونات نتريد الهافنيوم (HfCN)، قد يمتلك نقطة انصهار تتجاوز حتى نقطة انصهار كربيد الهافنيوم. [ 6 ] وأكدت أدلة تجريبية جُمعت عام 2020 أن له بالفعل نقطة انصهار أعلى تتجاوز 4000  درجة مئوية، [ 7 ] مع حسابات ديناميكيات جزيئية حديثة من المبادئ الأولى تتنبأ بأن طور HfC 0.75 N 0.22 يمتلك نقطة انصهار تصل إلى 4110 ± 62 درجة مئوية، وهي أعلى نقطة انصهار معروفة لأي مادة. [ 8 ] 

عادةً ما يكون كربيد الهافنيوم ناقص الكربون، ولذلك يُعبّر عن تركيبه غالبًا بالصيغة HfC x (حيث x = 0.5 إلى 1.0). وله بنية بلورية مكعبة مركزية الوجوه (بنية ملح الطعام) عند أي قيمة لـ x . [ 9 ]

يُحضّر مسحوق كربيد الهافنيوم عن طريق اختزال أكسيد الهافنيوم (IV) بالكربون عند درجة حرارة تتراوح بين 1800 و2000  درجة مئوية. ويتطلب ذلك وقتاً طويلاً لإزالة الأكسجين تماماً. وبدلاً من ذلك، يمكن الحصول على طبقات كربيد الهافنيوم عالية النقاوة عن طريق الترسيب الكيميائي للبخار من خليط غازي من الميثان والهيدروجين وكلوريد الهافنيوم (IV) المُبخّر .

نظراً للتعقيد التقني والتكلفة العالية لعملية التخليق، فإن استخدام كربيد الهافنيوم محدود للغاية، على الرغم من خصائصه المواتية مثل الصلابة العالية (أكثر من 9 على مقياس موس [ 10 ] ) ونقطة الانصهار. [ 2 ]

تتغير الخصائص المغناطيسية لمركب HfCₓ من مغناطيسية مسايرة عند x ≤ 0.8 إلى مغناطيسية معاكسة عند قيم x الأكبر. ويُلاحظ سلوك معاكس (انتقال من مغناطيسية معاكسة إلى مغناطيسية مسايرة مع زيادة x ) لمركب TaCₓ ، على الرغم من امتلاكه نفس البنية البلورية لمركب HfCₓ . [ 11 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ الثوابت الفيزيائية للمركبات غير العضوية في: ليد، د. ر.، محرر (2005). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء (الطبعة 86  ). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. الصفحات  4-44 وما بعدها. ISBN 0-8493-0486-5.
  2. 1 2 3 هاري جوليوس إميليوس (1968). "كربيدات المعادن" . التقدم في الكيمياء غير العضوية والكيمياء الإشعاعية . دار النشر الأكاديمية . الصفحات 169-170 . ISBN  978-0-12-023611-4.
  3. ↑ سيديلوس-بارازا، عمر؛ منارا، داريو؛ بوبوريديس، ك.؛ واتكينز، تايسون؛ غراسو، سالفاتوري؛ جاياسيلان، دانيال د.؛ كونينغز، رودي جيه إم؛ ريس، مايكل جيه.؛ لي، ويليام إي. (2016). "دراسة المواد ذات أعلى درجة انصهار: دراسة انصهار ليزري لنظام TaC-HFC" . التقارير العلمية . 6 37962. Bibcode : 2016NatSR...637962C . doi : 10.1038/srep37962 . PMC 5131352. PMID 27905481 .  
  4. ↑ شيمادا، شيرو (أكتوبر 1992). " حركية أكسدة كربيد الهافنيوم في نطاق درجة الحرارة من 480 إلى 600 درجة مئوية". مجلة الجمعية الأمريكية للخزف . 75 (10): 2671-2678 . doi : 10.1111/j.1151-2916.1992.tb05487.x
  5. ↑ أوشاكوف، سيرجي ف.؛ نافروتسكي، ألكسندرا؛ هونغ، تشي-جون؛ فان دي وال، أكسل (26 أغسطس 2019). "كربيدات ونتريدات الزركونيوم والهافنيوم" . المواد . 12 (17): 2728. Bibcode : 2019Mate...12.2728U . doi : 10.3390/ ma12172728 . PMC 6747801. PMID 31454900 .  
  6. ↑ هونغ، تشي-جون؛ فان دي وال، أكسل (2015). "التنبؤ بالمادة ذات أعلى نقطة انصهار معروفة من حسابات ديناميكيات الجزيئات الأولية" . مجلة Physical Review B. 92 ( 2) 020104. Bibcode : 2015PhRvB..92b0104H . doi : 10.1103/PhysRevB.92.020104 . ISSN 1098-0121 . 
  7. ↑ «علماء يبتكرون أكثر المواد مقاومة للحرارة في العالم، مع إمكانية استخدامها في المركبات الفضائية» . فوربس .
  8. ↑ داي، يو؛ زينغ، فانهاو؛ ليو، هونغهاو؛ غاو، يافانغ؛ يانغ، تشياوبين؛ تشين، مييان؛ هوانغ، روي؛ غو، يي (15 أكتوبر 2023). "تخليق مساحيق كربونات نتريد الهافنيوم ذات محتوى نيتروجين مُتحكم به عن طريق كربنة نتريد الهافنيوم لتحسين خصائص الاستئصال" . مجلة السيراميك الدولية . 49 (20): 33265-33274 . doi : 10.1016/j.ceramint.2023.08.035 . eISSN 1873-3956 . ISSN 0272-8842 . OCLC 9997899259. S2CID 260672783 .    
  9. ↑ لافرينتييف، أ.أ.؛ غابريليان، ب.ف.؛ فورزيف، ف.ب.؛ نيكيفوروف، إ.يا.؛ خيزون، أ.يو.؛ ريهر ، ج.ج. (26 أغسطس 2008). "البنية الإلكترونية لكربيدات HfₓTa₁₋ₓCᵧ المكعبة من دراسات مطيافية الأشعة السينية وحسابات التناسق الذاتي للتجمعات". مجلة السبائك والمركبات . 462 ( 1-2 ): 4-10 . doi : 10.1016/j.jallcom.2007.08.018 .
  10. ↑ جيمس ف. شاكلفورد؛ ويليام ألكسندر، محرران. (2001). دليل سي آر سي لعلوم وهندسة المواد ( الطبعة الثالثة). مطبعة سي آر سي . رقم ISBN  978-0-849-32696-7.
  11. ↑ ألكسندر إيفانوفيتش غوسيف؛ أندريه أندرييفيتش ريمبل؛ أندرياس ج. ماجيرل (2001). الفوضى والنظام في المركبات غير المتكافئة بشدة: كربيدات ونتريدات وأكاسيد المعادن الانتقالية . سبرينغر . الصفحات 513-516 . ISBN  978-3-540-41817-7.