Az anyagok egyike a karbid, ami titán, cirkónium, nióbium, hafnium és tantál szénnel alkotott vegyülete, másik pedig a karbonitrid, ami az átmeneti fémek karbidjaiból és nitridjeiből képződő szilárd oldat. A tanulmány eredményeit a Journal of Alloys and Compounds című folyóiratban tették közzé, amiről a Global Energy is beszámolt.
A magas entrópiájú vegyületek olyan vegyületek, amelyek legalább öt különböző elemet tartalmaznak. E vegyületek közé tartoznak a titánból, cirkóniumból, nióbiumból, hafniumból és tantálból szintetizált karbidok és karbonitridek, amelyeket a Skoltech és a Tomszki Politechnikai Egyetem tudósai szintetizáltak.
A tudósok úgy vélik, hogy a karbid mechanikai tulajdonságai és hőmérsékleti stabilitása miatt az egyik legalkalmasabb anyag az ultramagas hőmérsékletű kerámiaelemek gyártására.
A karbid szintézise azonban nagyon munkaigényes. A nyersanyagokat általában alapos előkészítésnek kell alávetni, és hosszú ideig kezelik ultramagas hőmérsékleten (kb. 2200-2300 °C).
A kutatás szigorúan ellenőrzött körülmények között zajlott. (Fotó: Canva)
A tanulmány első szakaszában a tudósok különböző nitrogén- és szénkoncentrációkkal modellezték a karbonitridek különböző szerkezeteit, és vizsgálták termodinamikai stabilitásukat különböző hőmérsékleteken.
A szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a nagy mennyiségű nitrogén mechanikai károsodást okozhat az anyag rácsszerkezetében, ami negatívan befolyásolja annak stabilitását.
A tudósok a karbid és a karbonitrid előállítását a plazmadinamikus szintézis módszerével folytatták. Ebben a fázisban nagy sebességű ívkisüléses plazmasugarat használnak a plazmakémiai szintézisreakciók közegeként.
„Dolgozatunk egy egyedülálló kutatási eszköz, egy koaxiális magnetoplazmagyorsító használatát írja le. Az 1 ezredmásodpercnél rövidebb impulzushossz alatt nagy sebességű plazmasugár alakul ki. Ez eléri az egyedi nanoanyagok előállításához szükséges hőmérsékletet, nyomást és kristályosodási sebességet. A Skoltech munkatársaival közösen számítógépes tervezési módszereket alkalmaztunk annak érdekében, hogy egy kísérlet során a Ti, Zr, Nb, Hf, Ta, C és N anyagokat egyetlen struktúrában egyesítsük.” – idézi Dmitrij Nikitint, a műszaki tudományok kandidátusát a Skoltech.
A tanulmány kimutatta, hogy a plazmadinamikus szintézismódszer nem igényli a nyersanyagok speciális előkészítését. Emellett sokoldalúan alkalmazható, lehetővé téve a legkülönbözőbb anyagosztályok szintézisét. Ez a módszer nemcsak nagyentrópiájú karbid előállítását teszi lehetővé, hanem nitrogén adagolását is a kristályrácsba.
Kiemelt kép: Canva
Devenyi Dalma
