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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13631(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

B1형 MX 세라믹은 전이금속(M)과 C, N 및/또는 O(X)가 각각 M 및 X 사이트를 차지하고 M-X 최근접 이웃(NN) 결합과 M-M 및/또는 O(X)로 구성됩니다. X–X 다음 가장 가까운 이웃(NNN) 채권. B1 유형 세라믹의 요소 대체 및 구조적 공극의 형성은 결합의 수와 강도를 변화시켜 새로운 특성을 생성합니다. Ti-Mo 고용체 상과 평형 상태에 있는 비화학양론적 TiC의 탄성 계수 변화는 Voigt 모델의 혼합물 규칙을 기반으로 실험적으로 조사되었습니다. 실험적으로 얻은 값은 밀도 범함수 이론 계산 결과와 잘 일치했습니다. Mo가 차지하는 Ti 부위의 비율이 0.11에서 0.33으로 증가함에 따라 TiC의 벌크 계수(K)는 205.6에서 239.2 GPa로 증가한 반면, 영률(E)과 전단 계수(G)는 거의 일정하게 유지되었습니다. 반면, C 사이트의 공극률이 증가함에 따라 세 가지 탄성 계수는 ​​모두 감소했습니다. 이러한 결과는 M-X 결합 강도가 이러한 계수에서 지배적인 요소여야 하며 K에 대한 M-M 결합의 효과가 G 및 E의 효과보다 크다는 것을 시사합니다.

전이 금속(M)과 C, N 및/또는 O(X)로 구성된 B1 유형 MX 화합물은 주로 공유 M-X 결합으로 M 및 X 사이트를 각각 점유하며 낮은 밀도, 높은 융점, 높은 경도, 우수한 내마모성 및 적당한 전기 전도성1,2,3. 결과적으로 이러한 세라믹 상은 절삭 공구용 코팅, 서멧 등의 경질 상으로 얇은 필름에 널리 사용되며 일부 강철2,4,5,6,7,8에서도 나노 크기의 침전물로 발견됩니다. B1 유형 화합물의 한 가지 단점은 취성입니다. 예를 들어, 화학양론적 TiC의 파괴 인성은 약 3MPa(m)1/29,10에 불과합니다. 강도를 적절히 감소시키지 않고 이러한 열악한 인성을 개선할 수 있다면 생성된 세라믹의 응용 분야는 가스 터빈 및 제트 엔진의 에너지 효율을 향상시키고 열 보호 시스템에 사용할 수 있는 초고온 재료로 더욱 확장될 것입니다. 우주선 몸체11,12,13,14,15.

B1 유형 MX 화합물은 SiC 및 MAX 상13,14,15,16,17과 같은 다른 세라믹에 비해 상대적으로 높은 수준의 비화학양론을 가질 수 있습니다. 예를 들어, Ti2AlC의 조성 영역은 Ti-Al-C 삼원계에서 1300°C에서도 매우 좁습니다. 반면, Mo-Ti-C 삼원계의 TiC 상 영역은 Ti가 풍부한 영역과 Mo가 풍부한 영역 모두로 확장되며 이러한 비화학량론은 유형과 수를 변경하여 재료의 특성을 변경합니다. 원소 치환과 구조적 공석의 형성으로 인한 결합.

금속간 화합물 분야에서는 비화학량론으로 인해 재료 특성이 어떻게 변화하는지에 대한 오랜 연구의 역사가 있습니다. 예를 들어, B2 유형 금속간 화합물은 결함 구조 및 특성에 대한 비화학량론의 영향에 대해 광범위하게 연구되었습니다. 여기서, B1형 MX 화합물의 결함 구조는 전이금속 풍부 영역에서 공극형이라는 것이 잘 알려져 있다28,29,30,31. 초기 연구에서는 비화학양론적 TiC의 결합 에너지와 밴드 구조의 변화가 이미 논의되었습니다. 지난 20년 동안 결함 구조와 관련된 B1 유형 MX 화합물의 상 안정성과 탄성 계수는 ​​밀도 함수 이론(DFT) 계산을 통해 조사되었습니다. 공석이 있거나 공석이 없는 다성분 B1 유형 MX 화합물의 탄성 특성도 DFT 계산을 통해 조사되었습니다. 다성분 B1형 MX 화합물의 재료 특성에 대한 구조적 공극을 이용한 비화학양론적 효과를 실험적으로나 계산적으로 더 조사하는 것이 더 의미가 있습니다.