含Ta、Hf兩種元素的材料因具有較高的熔點、優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性,近年來在航空航天領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。含Ta、Hf等元素的高熵合金被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)高溫合金的優(yōu)良耐高溫材料;Ta-Hf氧化物陶瓷具有優(yōu)異的高溫相穩(wěn)定性和抗腐蝕性,在水氧耦合的復(fù)雜環(huán)境中仍能保持較好的使用性能,在航空領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價值;Ta-Hf碳化物、氮化物及硼化物等在超高溫陶瓷類材料中具有較高的熔點和優(yōu)異的抗氧化能力,被認(rèn)為是航天領(lǐng)域未來極具前景的高溫材料。綜述了幾種典型Ta-Hf體系材料的研究進(jìn)展,闡述了其設(shè)計思路,并展望了Ta-Hf體系材料未來的發(fā)展方向。 

【文章來源】：中國陶瓷. 2020,56(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

Ta Hf Nb Ti Zr合金的微觀結(jié)構(gòu)圖和XRD譜圖

碳化鉭（Ta C）和碳化鉿（Hf C）都具有優(yōu)異的耐超高溫性能。Ta C（熔點3880℃）是唯一可在3000℃以上高溫環(huán)境保持機(jī)械性能的材料[24];Hf C則是二元陶瓷體系中熔點最高的材料，熔點高達(dá)3950℃[25]，并且其氧化產(chǎn)物Hf O2的熔點也高達(dá)2800℃，即便在超高溫服役環(huán)境下也具備形成穩(wěn)定氧化保護(hù)層的潛質(zhì)，這使得Hf C具備了較優(yōu)的抗氧化能力。根據(jù)文獻(xiàn)中報道的Ta C-Hf C固溶相圖（圖5），當(dāng)溫度超過887℃以后二者理論上能夠?qū)崿F(xiàn)無限互溶，形成任意組分的TaxHf1-xC固溶陶瓷[26]。TaxHf1-xC固溶陶瓷不僅可以繼承Ta C和Hf C各自的優(yōu)異性能，還會由于固溶強(qiáng)化作用形成更加優(yōu)異的特性，如更高的熔點、硬度及更好的高溫使用性能等。Agte等[27]研究了不同固溶比TaxHf1-xC三元陶瓷的熔點，發(fā)現(xiàn)Ta0.8Hf0.2C有望成為世界上熔點最高的物質(zhì)。進(jìn)入21世紀(jì)，飛速發(fā)展的航空航天技術(shù)對超高溫陶瓷材料的迫切需求使得具有超高熔點的TaxHf1-xC三元陶瓷成為各國研究者競相追求的熱點。3.1 TaxHf1-xC固溶陶瓷的結(jié)構(gòu)

Ta、Hf形成的復(fù)相氧化物為Hf6Ta2O17，最初是在研究Ta-Hf合金的氧化行為時被發(fā)現(xiàn)。Yang等[14]發(fā)現(xiàn)Ta-Hf合金具有優(yōu)異抗氧化能力的根本原因是在表層形成了致密的氧化層，該氧化層通過反應(yīng)層與合金基體牢牢粘接在一起，在高溫下具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和抗熱震性能，有效阻止了氧向內(nèi)部的擴(kuò)散，保護(hù)內(nèi)部合金不被進(jìn)一步氧化（如圖2），當(dāng)時將該氧化層命名為Hf Ta O超結(jié)構(gòu)層，后被證實為Hf6Ta2O17。Hf6Ta2O17具有較高的熔點（約2400℃），較低的熱導(dǎo)率，且在室溫到熔點范圍內(nèi)僅存在α-Pb O2型正交結(jié)構(gòu)一種物相形式，不存在相變，是一種理想的高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)材料[15]。目前，制備Hf6Ta2O17的方法主要有固相法和液相法。2.1 固相法


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