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Hf_(x)Ta_(1-x)C体系力学性能及熔化曲线的第一性原理研究
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作者 吴玉豪 彭仁赐 +2 位作者 程春玉 杨丽 周益春 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期761-768,I0001,I0002,共10页
Hf_(x)Ta_(1-x)C具有高熔化温度、高硬度、高强度,以及导电、导热性好等优异性能,是2000℃以上热防护领域极有潜力的候选材料,但其力学性质与熔化温度随组分变化规律尚不清晰。本研究基于特殊准随机结构(SQS)方法和第一性原理计算,从共... Hf_(x)Ta_(1-x)C具有高熔化温度、高硬度、高强度,以及导电、导热性好等优异性能,是2000℃以上热防护领域极有潜力的候选材料,但其力学性质与熔化温度随组分变化规律尚不清晰。本研究基于特殊准随机结构(SQS)方法和第一性原理计算,从共价键强度、价电子浓度(VEC)的微观角度系统地探讨了Hf_(x)Ta_(1-x)C系固溶体力学性质随组分的变化机理。力学性质计算结果表明:5种组分(HfC、Hf_(0.75)Ta_(0.25)C、Hf_(0.5)Ta_(0.5)C、Hf_(0.25)Ta_(0.75)C与TaC)中,Hf_(0.25)Ta_(0.75)C固溶体具有最高的弹性模量和剪切模量,这主要归因于:(1)该组分具有最高的共价键强度;(2)来自C的p轨道和来自Hf或Ta的d轨道之间的特殊键合在VEC=8.75(Hf_(0.25)Ta_(0.75)C)附近被完全填充,它们强烈抑制形状变化。研究还使用基于从头算分子动力学(AIMD)的分子动力学Z方法计算了Hf_(x)Ta_(1-x)C系固溶体的熔化曲线。结果显示Hf_(x)Ta_(1-x)C系固溶体熔化温度反常增加的现象的确存在,且在Hf_(0.5)Ta_(0.5)C处熔化温度最高(4270 K),这主要归因于构型熵与共价键强度的协同作用。本研究结果为高熔化温度及高力学性能Hf_(x)Ta_(1-x)C系固溶体组分的实验选择及其耐高温涂层应用等提供了理论指导,也为其他过渡金属碳化物研究提供了参考。 展开更多
关键词 hf_(x)ta_(1-x)c 第一性原理 力学性质 熔化温度
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Novel Hf_(x)Ta_(1−x)C solid solution nanowire toughened HfC coating:An effective strategy for synchronous enhanced mechanical and anti-ablation performance
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作者 Hui Chen Yulei Zhang +3 位作者 Yanqin Fu Wenhan Gai Junhao Zhao Haohui Zhang 《Journal of Advanced Ceramics》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期590-601,共12页
Ultra-high-temperature ceramic nanowires have shown increasing potential for use as thermal structural components.Herein,novel single-crystal Hf_(0.5)Ta_(0.5)C solid solution nanowires were synthesized and incorporate... Ultra-high-temperature ceramic nanowires have shown increasing potential for use as thermal structural components.Herein,novel single-crystal Hf_(0.5)Ta_(0.5)C solid solution nanowires were synthesized and incorporated with a HfC coating to construct a robust structure with Hf_(0.5)Ta_(0.5)C solid solution nanowires uniformly distributed and interconnected within the coating.The novel Hf_(0.5)Ta_(0.5)C solid solution nanowires could effectively hinder crack propagation through crack tip pinning and crack deflection.This mechanism substantially enhanced the elastic modulus and fracture toughness of the HfC coating by 53.29%and 59.67%,respectively.The toughened HfC coating displayed superior fracture toughness and good interfacial binding strength with the substrate to resist severe oxidation and scouring.Additionally,the high thermal conductivity of the toughened HfC coating promoted heat transmission.Thus,in comparison to the pure HfC coating,the toughened HfC coating displayed smaller mass and linear ablation rates of−0.35 mg·s^(−1)and−0.46μm·s^(−1),which decreased by 39.66%and 36.98%,respectively.Our work not only simultaneously enhances the mechanical properties and ablation resistance of HfC-coated carbon/carbon(C/C)composites but also provides novel prospects for advanced ultrahigh-temperature ceramic nanowires under extreme conditions. 展开更多
关键词 hf_(x)ta_(1−x)c solid solution nanowires hfc coating carbon/carbon(c/c)composites mechanical performance ablationresistance
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Ta_(x)Hf_(1-x)C(x=0-1)超高温陶瓷材料的研究进展 被引量:2
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作者 张健 蒋进明 +3 位作者 周永刚 罗琪 路平 史常香 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期752-764,共13页
超高温陶瓷具有能够在超高温环境下(>2000℃)以及反应气氛中(例如原子氧、等离子体环境)保持物理和化学稳定性的独特优势,因而在高速飞行器热防护系统以及火箭发动机的热端部件等领域中应用潜力极大。近年来,作为新兴的一类超高温材... 超高温陶瓷具有能够在超高温环境下(>2000℃)以及反应气氛中(例如原子氧、等离子体环境)保持物理和化学稳定性的独特优势,因而在高速飞行器热防护系统以及火箭发动机的热端部件等领域中应用潜力极大。近年来,作为新兴的一类超高温材料,Ta_(x)Hf_(1-x)C(x=0-1)超高温陶瓷凭借其在已知物质中最高的熔点以及优异的抗氧化、耐烧蚀潜质,引起了研究人员的关注,已成为超高温陶瓷领域的新热门。本文以现有的公开报道为依据,全面综述了国内外Ta_(x)Hf_(1-x)C(x=0-1)超高温陶瓷的组成结构、制备方法、本征性能和高温氧化烧蚀性能等的研究进展。重点阐述了材料体系在制备和性能研究方面取得的相关进展,总结了现有研究的不足,并展望了未来的研究趋势,旨在为Ta_(x)Hf_(1-x)C(x=0-1)超高温陶瓷的理论、实验和应用研究提供有益的参考。 展开更多
关键词 超高温陶瓷 ta_(x)hf_(1-x)c(x=0-1) 制备方法 本征性能 氧化烧蚀性能
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