Carbure de tantale-hafnium
Le carbure de tantale-hafnium est un composé chimique réfractaire de formule brute TaxHf1-xCy, que l'on peut considérer comme une solution solide de carbure de tantale et de carbure d'hafnium. Individuellement, ces deux carbures ont des températures de fusion parmi les plus élevées des composés binaires, 3 983 °C et 3 928 °C respectivement[3],[4], et leur "alliage", de composition Ta4HfC5 est censé avoir un point de fusion de 4 215 °C. Cette valeur a été publiée en 1930[2] et décrite dans l’Encyclopædia Britannica comme la température de fusion la plus élevée connue[5]. Cette affirmation a été reproduite dans l'Encyclopædia Britannica, au moins jusqu'en 1995[6], et, depuis environ 1998, a été changée en « l'une des plus élevées connues »[7],[8]. Une étude de 2016 étudiant expérimentalement les températures de fusion dans le diagramme binaire HfC-TaC montre que les solutions solides présentent des températures de fusion plus faibles que celle du HfC0,98 mesurée à 3959 °C +/- 84, y compris pour la solution solide Ta4HfC5 (3905 °C +/- 82) [9].
| Carbure de tantale-hafnium | |
| Identification | |
|---|---|
| No CAS | |
| No ECHA | 100.068.426 |
| No CE | 275-291-2 |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | C5HfTa4 |
| Masse molaire[1] | 962,34 ± 0,02 g/mol C 6,24 %, Hf 18,55 %, Ta 75,21 %, |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | 4 215 °C[2] |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
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Très peu de techniques de mesure de la température de fusion du carbure de tantale-hafnium ont été publiées — s'il y en a jamais eues — en raison d'évidentes difficultés expérimentales de mesure à ces températures extrêmes. Une étude de 1965 portant sur les solutions solides de TaC-HfC dans un intervalle de températures de 2 225 à 2 275 °C a identifié un minimum dans la vitesse de vaporisation et, par conséquent, un maximum de stabilité thermique pour le composé de formule chimique Ta4HfC5.
Cette vitesse de vaporisation, comparable à celle du tungstène, est peu dépendante de la densité initiale des échantillons obtenus par frittage de mélange pulvérulent de TaC-HfC également portés de 2 225 à 2 275 °C. Une autre étude a montré que Ta4HfC5 avait la vitesse d'oxydation la plus faible parmi les solutions solides de carbure de tantale-hafnium[10]. Une poudre de Ta4HfC5 a été produite industriellement par la compagnie Goodfellow, avec des grains de 45 μm[11] au prix de 9 540 dollars par kilogramme (pour une pureté de 99,0 %)[12].
Les carbures de tantale et d'hafnium ont une structure cristalline de type cubique à faces centrées. Ils présentent généralement un déficit en carbone et ont des formules statistiques TaCx et HfCx, avec x = 0,7 à 1,0 pour Ta et x = 0,56 à 1,0 pour Hf. La même structure est aussi observée pour au moins quelques-unes de leurs solutions solides[3]. Leur masse volumique, obtenue par diffraction aux rayons X, est de 13,6 g·cm-3 pour Ta0,5Hf0,5C[13],[14].
Une structure de type NiAs hexagonal (groupe d'espace P63/mmc, No. 194, symbole de Pearson hP4) avec une masse volumique de 14,76 g·cm-3 a été déterminée pour Ta0,9Hf0,1C0,5[13].
Notes et références
modifier- Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- (en) C. Agte et H. Alterthum, « Researches on Systems with Carbides at High Melting Point and Contributions to the Problem of Carbon Fusion », Zeitschrift für technische Physik, vol. 11, , p. 182-191
- A Lavrentyev, B Gabrelian, V Vorzhev, I Nikiforov, O Khyzhun et J Rehr, « Electronic structure of cubic HfxTa1–xCy carbides from X-ray spectroscopy studies and cluster self-consistent calculations », Journal of Alloys and Compounds, vol. 462, , p. 4–10 (DOI 10.1016/j.jallcom.2007.08.018)
- (en) D. R. Lide, « CRC Handbook of Chemistry and Physics », CRC Press (86e édition, 2005, Boca Raton, Floride, États-Unis. (ISBN 0-8493-0486-5).
- (en) Walter Yust, Encyclopædia Britannica: a new survey of universal knowledge, Encyclopædia Britannica, (lire en ligne)
- Hafnium dans l'Encyclopædia Britannica, édition papier 1995.
- (en) Encyclopædia Britannica et inc, The New Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, (ISBN 978-0-85229-633-2, lire en ligne)
- « Hafnium », Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc. (consulté le )
- (en) Omar Cedillos-Barraza, Dario Manara, K. Boboridis et Tyson Watkins, « Investigating the highest melting temperature materials: A laser melting study of the TaC-HfC system », Scientific Reports, vol. 6, no 1, , p. 37962 (ISSN 2045-2322, DOI 10.1038/srep37962, lire en ligne, consulté le )
- D. L. Deadmore, « Vaporization of Tantalum Carbide-Hafnium Carbide Solid Solutions », Journal of the American Ceramic Society, vol. 48, no 7, , p. 357–359 (DOI 10.1111/j.1151-2916.1965.tb14760.x, lire en ligne)
- (en) Goodfellow catalogue, février 2009, p. 102
- (en) NIAC 7600-039 FINAL REPORT, NASA Institute for Advanced Concepts – A Realistic Interstellar Explorer, 14 octobre 2003, p. 55
- (en) E. Rudy et H. Nowotny, « Untersuchungen im System Hafnium-Tantal-Kohlenstoff », Monatshefte für Chemie, vol. 94, no 3, , p. 507–517 (DOI 10.1007/BF00903490)
- (en) E. Rudy, H. Nowotny, F. Benesovsky, R. Kieffer et A. Neckel, « Über Hafniumkarbid enthaltende Karbidsysteme », Monatshefte für Chemie, vol. 91, , p. 176–187 (DOI 10.1007/BF00903181)
