Tytuł: New Route to Synthesize High-Entropy CarbidePowders by Mechanical Alloying

Autorzy: Rafał Idczak, Piotr Sobota, Lan Maria Tran, Michał Babij, Karolina Idczak, Wojciech Nowak, Adam Pikul

Czasopismo: Metallurgical and Materials Transactions A

DOI: 10.1007/s11661-023-07263-x

Węgliki o wysokiej entropii to jednofazowe roztwory stałe węgla oraz czterech lub więcej pierwiastków metali, z których każdy ma stężenie atomowe między 5 a 35 procent. Są one uporządkowane krystalograficznie, ale nieuporządkowane chemicznie (równoważne położenia w sieci krystalicznej obsadzają losowo różne pierwiastki będące składnikami stopu). Przyciągnęły one w ostatnich latach sporo uwagi fizyków i materiałoznawców ze względu na ich unikalne właściwości – wysoką temperaturę topnienia, wysoką twardość, wytrzymałość i odporność na zużycie, a także dobre właściwości antykorozyjne. Dzięki temu mogą być one użyte jako materiały konstrukcyjne lub ochronne w ekstremalnych warunkach, co czyni je obiecującymi do stosowania w przemyśle lotniczym, wydobywczym i wojskowym.

Do tej pory węgliki o wysokiej entropii z Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo lub W zostały z powodzeniem wytworzone przy użyciu iskrowego spiekania plazmą iskrową (ang. spark plasma sintering, SPS) oraz metodą spiekania na gorąco. Metody te są jednak dość kosztowne, ponieważ wymagają węglików metali przejściowych jako materiałów wyjściowych oraz bardzo wysokiej temperatury (powyżej 1600^oC) lub wysokiego ciśnienia gazu (powyżej 10 MPa). W ostatnich opracowano wprawdzie alternatywne metody syntezy, m.in. stapianie mechaniczne (ucieranie) czystego grafitu i pierwiastków metali, czy też syntezę ze stopionych soli, jednak nadal wymagają one stosowania wysokich temperatur.

W prezentowanym artykule grupa prof. Rafała Idczaka z Uniwersytetu Wrocławskiego i prof. Adama Pikula z INTiBS PAN opisała zupełnie nową metodę syntezy węglików o wysokiej entropii (NbTa)_0:67(TiHfZr)_0:33C i (NbTa)_0:67(MoHfW)_0:33C poprzez stapianie mechaniczne (ucieranie) proszku metali w wysokoenergetycznym młynie kulowym z użyciem toluenu jako źródła węgla, a jednocześnie jako sposobu na kontrolę całego procesu. Synteza taka przebiega od początku do końca w temperaturze pokojowej i pozwala na otrzymanie produktów o bardzo dobrej jakości (choć oczywiście ich wygrzewanie w piecu znacząco redukuje ilość defektów w próbce, jeśli zajdzie taka potrzeba) i nie wymaga stosowania drogich węglików metali jako substratów. Tym samym opracowana przez wspomniany zespół metoda jest pierwszą w pełni niskotemperaturową metodą otrzymywania węglików o wysokiej entropii.