О ТЕПЛОЕМКОСТИ КАРБИДА ТИТАНА TiC_x

Работа относится к области исследования теплофизических параметров тугоплавких сплавов внедрения, которые широко используются в технике и промышленности, в частности для конструкционных узлов альтернативной энергетики. Впервые рассчитана изохорная теплоемкость кубического карбида титана TiCx в дебаевском приближении в интервале концентрации углерода х = 0,97–0,70 при комнатной температуре (300 К) и температуре жидкого азота (80 К) через температуру Дебая, установленную на основе данных нейтроноструктурного анализа. Определено, что при комнатной температуре с уменьшением концентрации углерода теплоемкость существенно увеличивается – с 29,40 Дж/мол·К до 34,20 Дж/мол·К, а при температуре Т = 80 К – с 3,08 Дж/мол·К до 8,20 Дж/мол·К. Проанализированы литературные данные и приведены результаты оценки высокотемпературной зависимости теплоемкости СV кубического карбида титана TiC0,97, проведенной на основе данных нейтроноструктурного анализа. Предложено внести правку в формулу Неймана – Коппа в дебаевском приближении для описания высокотемпературной зависимости теплоемкости карбида титана TiC. После внесения поправки, формула Неймана – Коппа хорошо описывает результаты известных экспериментов по высокотемпературной зависимости теплоемкости карбида титана TiCx. В предложенной формуле учитывается степень термического возбуждения (квантовое число), увеличивающаяся скачками с повышением температуры.
Результаты позволяют прогнозировать термодинамические характеристики карбида титана в интервале температур 300–3 000 К и могут быть использованы в методах расчета параметров функциональных материалов альтернативной энергетики.

1. Жевтун, И.Г. Формирование износостойких композитных покрытий на титановых сплавах при электродуговой обработке в водных электролитах/ И.Г. Жевтун, П.С. Гордиенко, С.Б. Ярусова. – М.: РИОР ИНФРА-М, 2018. – 155 c.

2. Байриков, И.М. Экспериментальная оценка биосовместимости нового СВС-материала на основе карбида титана со сквозной пористостью на культурах мезенхимальных стволовых клеток костного мозга человека / И. М. Байриков [и др.] // Вопросы челюстно-лицевой пластической хирургии, имплантологии и клинической стоматологии. – 2011. – № 1– 2. – C. 23–27.

3. Yansheng, G. High-speed deposition of titanium carbide coatings by laser-assisted metal–organic CVD / G. Yansheng, Tu Rong, G.Takashi // Materials Research Bulletin. – 2013. – Vol. 48. – P. 2766–2770.

4. Иверенова, В.И. Теория рассеяния рентгеновских лучей / В.И. Иверенова, Г.П. Ревкевич. – М.: Изд-во МГУ, 1972. – 246 с.

5. Нозик, Ю.З. Нейтроны и твердое тело: Структурная нейтронография, Т. 1. / Ю.З. Нозик, Р.П. Озеров, К.М. Хенниг. – M.: Атомиздат, 1979. – 344 с.

6. Тот, Л. Карбиды и нитриды переходных металлов / Л. Тот. – М.: Изд-во Мир, 1974. – 296 с.

7. Tcipenyuk, Yu.M. Zero point energy and zero point oscillations: how they are detected experimentally / Yu.M. Tcipenyuk // Uspekhi Fiziki. – 2012. – Vol. 55. – No. 8. – P. 855–867.

8. Хидиров, И. Раздельное определение динамических и статических среднеквадратичных смещений атомов карбида титана методом дифракции нейтронов / И. Хидиров, А.С. Парпиев // Кристаллография. – 2011. – Т. 56. – № 3. – С. 504–508.

9. Андриевский, А.Р. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе / А.Р. Андриевский, И.И. Спивак. – Челябинск: Изд-во Металлургия, 1989. – 368 с.

10. Андриевский, Р.А. Прочность тугоплавких соединений / А.Р. Андриевский, А.Г. Ланин, А.Г. Рымашевский. – М.: Металлургия, 1974. – 232 с.

11. Францевич, И.Н. Упругие постоянные и особенности электронного строения некоторых классов тугоплавких соединений, получаемых металлокерамическим путем / И.Н. Францевич [и др.] // Неорганические материалы. – 1967. – T. 3. – № 1. – C. 8–16.

12. Нouska, C.R.T. Thermal expansion and atomic vibration amplitudes for TiC, TiN, ZrC, ZrN and pure tungsten / C.R.T. Нouska // J. Phys. and Chem. Solis. – 1964. – Vol. 25. – No. 4. – P. 359–366.

13. Kittel, Ch. Introduction to solid state physics. 8 th edition / Сh. Kittel. – 8 th edition. – New York: Wiley, 2005. – 704 p.

14. Щульце, Г. Металлофизика / Г. Щульце. – М.: Мир, 1971. – 503 с.

15. Самсонов, Г.В. Тугоплавкие соединения / Г.В. Самсонов, И.М. Виницкий. – М.: Металлургия, 1976. – 580 с.

16. Стормс, Э. Тугоплавкие карбиды / Э. Стормс. – М: Атомиздат, 1970. – 304 с.

17. Чиркин, В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники / В.С. Чиркин. – М: Атомиздат, 1967. – 474 с.

18. Прекул, А.Ф. Высокотемпературная теплоемкость квазикристалла Al63Cu25Fe12 / А.Ф. Прекул [и др.] // Физика твердого тела. – 2008. – Т. 50. – №. 11. – С. 1933–1935.

19. Денисов, В.М. Высокотемпературная теплоемкость Y2,9 Ho0,1Al5O2 / В.М. Денисов [и др.] // Физика твердого тела. – 2013. – Т. 55. – № 4. – С. 636–638.

20. Денисов, В.М. Высокотемпературная теплоемкость Dy2CuO5 / В.М. Денисов [и др.] // Физика твердого тела. – 2013. – Т. 55. – № 9. – С. 1714–1716.

21. Денисова, Л.Т. Высокотемпературная теплоемкость YCu2O5 / Л.Т. Денисова [и др.] // Физика твердого тела. – 2014. – Т. 56. – № 5. – С. 888–891.

22. Денисова, Л.Т. Исследование теплоемкости Lu2Cu2O5 / Л.Т. Денисова [и др.] // Физика твердого тела. – 2014. – Vol. 56. – № 3. – P. 620–622.

23. Кравец, С.Л. Большая Российская Энциклопедия / С.Л. Кравец, Ю.С. Осипов. – М.: БРЭ, 2007. – Т. 8. – 767 с.

24. Епифанов, Г.М. Физика твердого тела / Г.М. Епифанов. – 4-е изд., СПб.: Лань. – 2011. – 288 с. [25] Гуртов, В.А. Физика твердого тела для инженеров / В.А. Гуртов. – М.: Техносфера, 2012. –560 с.

25. Бурдиян, И.И. Теплопроводность и теплоемкость стекол состава (As2S3)x(As2Se3)1–x / И.И. Бурдиян, В.А. Баталин // Неорганические материалы. – 1995. –Т. 31. – № 1. – C. 127–128.