Les carbures à base de Hf sont des candidats hautement recherchés pour les applications de protection thermique au-dessus de 2 000°C en raison de leur point de fusion extrêmement élevé et de leurs propriétés mécaniques favorables. Cependant, en tant qu'indicateur crucial pour la conception de la composition et l'évaluation des performances, le comportement à l'oxydation statique des carbures à base de Hf à leurs températures potentielles de service a rarement été étudié.

Dans une étude publiée dans la revue Advanced Powder Materials , un groupe de chercheurs de l'Université Central South et de l'Académie chinoise de technologie des véhicules de lancement a révélé le mécanisme d'oxydation statique des masses de (Hf, Ti)C à 2 500 °C, ainsi que l'effet des substitutions de Ti sur leurs comportements d'oxydation.

"L'ajout d'un élément Ti peut rendre la microstructure de la couche d'oxyde HfC plus complexe", a expliqué Shiyan Chen, auteur principal de l'étude. "En général, une telle couche d'oxyde composite a de meilleures propriétés protectrices."

L'épaisseur de la couche d'oxyde à la surface du (Hf, Ti)C a été réduite de 62,29 % par rapport à celle de la surface du monocarbure HfC après oxydation à 2 500 °C pendant 2 000 s. L'amélioration spectaculaire de la résistance à l'oxydation a été attribuée à la structure unique de la couche d'oxyde composée de divers oxycarbures cristallins, HfO₂ et carbone.

"L'oxycarbure riche en Ti ((Ti, Hf)C_x O_o ) dispersés dans HfO₂ formait la structure principale de la couche d’oxyde. Une frontière cohérente avec distorsion de réseau existait au niveau du HfO₂ / (Ti, Hf)C_x O_o interface dans la direction du plan cristallin (111), qui sert de barrière efficace à la diffusion de l'oxygène", a ajouté Chen.

L'oxycarbure riche en Hf ((Hf, Ti)C_x O_o ) avec (Ti, Hf)C_x O_o , HfO₂ , et le carbone précipité constituait une couche de transition dense, assurant une liaison favorable entre la couche d'oxyde et la matrice. De plus, la teneur en Ti affecte la diffusion du carbone dans le réseau (Hf, Ti)C et la distribution de l'oxycarbure riche en Ti, ce qui déterminera davantage l'intégrité structurelle de la couche d'oxyde. Sur la base des résultats de la cinétique d'oxydation, une substitution de Ti de 30 % à 40 at % offre la meilleure amélioration de la résistance à l'oxydation.

Selon le professeur Zhaoke Chen, co-responsable et auteur correspondant, cette étude représente une exploration nouvelle dans le domaine des céramiques à ultra haute température (UHTC). "Notre étude améliore la compréhension de l'évolution structurelle au cours de l'oxydation à ultra-haute température. Les résultats offrent des conseils théoriques pour optimiser la composition des UHTC afin d'élargir leurs applications à ultra-haute température", a déclaré Chen.

Plus d'informations : Shiyan Chen et al, Aperçu de l'effet des substitutions de Ti sur le comportement d'oxydation statique du (Hf,Ti)C à 2 500 °C, Advanced Powder Materials (2023). DOI :10.1016/j.apmate.2023.100168

Fourni par KeAi Communications Co.