A first-principle analysis of mechanical properties of carbon deficient transitional metal carbide

Análisis de primer principio de las propiedades mecánicas del carburo metálico de transición deficiente en carbono

Los carburos de metales de transición refractarios tienen propiedades físicas y químicas interesantes, sobre todo cuando se estructuran a nanoescala. La falta de estudios sobre los carburos de metales de transición defectuosos se debe en parte a la dificultad de síntesis de los materiales refractarios. La síntesis de carburos defectuosos y sus aleaciones sustitutivas será aún más difícil que la de los monofásicos. La simulación basada en la teoría de primer principio puede ayudar a conceptualizar los efectos de los defectos sustitucionales en sus propiedades mecánicas. En este trabajo, realizamos una simulación en teoría del funcional de la densidad (DFT) de fases α-MoC(_1-x) defectuosas de carbono para investigar su formación y propiedades mecánicas para materiales subestequiométricos de tesis.

INTRODUCCIÓN

Los carburos de metales de transición refractarios (WC, MoC, TaC, HfC, ZrC, etc.) presentan propiedades mecánicas fuertes y excepcionales, como alta temperatura de fusión [1], alta resistencia, gran dureza y resistencia al desgaste, y se convierten en candidatos ideales para estructuras y dispositivos que trabajan en entornos hostiles, como motores aeroespaciales y toberas de residuos [2,3]. Entre todos los carburos de metales de transición refractarios, el carburo de molibdeno también ha sido ampliamente estudiado recientemente por sus excepcionales actividades catalíticas en sus nano/microarquitecturas [4]. Mientras tanto, esta familia de materiales existe normalmente en forma no estequiométrica con una cantidad sustancial de vacantes no metálicas (por ejemplo, de carbono) [5,6]. Aunque las vacantes reducen el número de enlaces químicos y disminuyen potencialmente la resistencia de los materiales, la dureza del carburo de metales de transición no sigue el cómputo de coordinación [7,8]. Jhi et al, abordaron una anomalía vacante endurecimiento y ablandamiento mecánico a través de la simulación de primer principio de TiC_x y NbC_x [9].  La comprensión de las propiedades mecánicas son esenciales para la aplicación potencial de carburo de metales de transición como materiales estructurales en las piezas que trabaja en condiciones extremas, tales como alta presión y alta temperatura [10,11].

En este caso, se centra específicamente en α-MoC_(1-x) (0 < x < 0,5), que es una fase de alta energía en el diagrama de fases Mo-C. Esta fase metaestable requiere una alta temperatura de formación metalúrgica superior a 1 926 oC, el estrecho régimen en el diagrama de fases y dos puntos eutécticos por debajo dificultan su síntesis en métodos metalúrgicos de equilibrio como los hornos de zona flotante láser [12] y el horno Tetra Arc Czochralski [13]. Los avances en los métodos de metalurgia de no-equilibrio, como el sinterizado láser ultrarrápido y los métodos de metalurgia de alta presión, ofrecen nuevas oportunidades para sintetizar esta fase de alta energía [6].