揭示Ti取代对C在2,500°C静态氧化行为的影响

由于其极高的熔点和良好的机械性能，铪基碳化物是2,000°C以上热防护应用的理想候选材料。然而，作为成分设计和性能评估的关键指标，铪基碳化物在其潜在使用温度下的静态氧化行为却很少被研究。

在《AdvancedPowderMaterials》杂志上发表的一项研究中，中南大学和中国运载火箭技术研究院的研究人员揭示了(Hf,Ti)C块体在2,500°C下的静态氧化机理，以及Ti的影响取代对其氧化行为的影响。

“Ti元素的添加可以使HfC氧化物层的微观结构更加复杂，”该研究的主要作者ShiyanChen解释道。“通常，这样的复合氧化物层具有更好的保护性能。”

在2500℃氧化2000s后，(Hf,Ti)C表面氧化层厚度较HfC单碳化物表面氧化层厚度减少了62.29%。抗氧化性的显着提高归因于由各种结晶碳氧化物、HfO2和碳组成的独特氧化层结构。

“分散在HfO2中的富钛碳氧化物((Ti,Hf)CxOy)形成了氧化物层的主要结构。在HfO2/(Ti,Hf)CxO处存在具有晶格畸变的共格边界。y界面沿(111)晶面方向，作为有效的氧扩散势垒，”Chen补充道。

富Hf碳氧化物((Hf,Ti)CxOy)与(Ti,Hf)CxOy、HfO2和沉淀碳一起构成致密的过渡层，确保氧化物层与基体之间良好的结合。此外，Ti含量影响碳在(Hf,Ti)C晶格中的扩散以及富Ti碳氧化物的分布，这将进一步决定氧化层的结构完整性。根据氧化动力学的结果，30%–40at%的Ti替代可以最好地增强抗氧化性。

据共同领导者兼通讯作者陈兆科教授介绍，这项研究代表了超高温陶瓷(UHTC)领域的一项新颖探索。陈说：“我们的研究增强了对超高温氧化过程中结构演变的理解。这些发现为优化UHTC的成分以拓宽其在超高温下的应用提供了理论指导。”

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