بررسی خواص حرارتی کاربید تیتانیم و کاربید زیرکونیم به عنوان تابعی از دما و فشار با استفاده از نظریه تابعی چگالی

کاربید تیتانیم (TiC) و کاربید زیرکونیم (ZrC)، به‌عنوان نمونه‌هایی از سرامیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کاربیدی فلزات واسطه با ویژگی‌های عالی، از قبیل دمای ذوب بالا، استحکام و مقاومت فوق‌العاده زیاد تا دماهای بالا، چگالی کم، مقاومت در برابر اکسایش مطلوب، مقاومت در برابر خوردگی خوب، پایداری شیمیایی و عدم‌تغییر فاز تا فشارهای بالا، همواره مورد توجه بوده‌اند. این ویژگی‌های منحصربه‌فرد و کارآمد، در کنار هم، موجب استفاده گسترده این ترکیبات در ابزارهای برش، فناوری ذخیره‌سازی اطلاعات، پوشش‌های سخت و نازک حفاظت‌کننده از سطوح الکترونیکی و دستگاه‌های اپتوالکترونیکی شده است. در این پژوهش، با استفاده از روش نظریه تابعی چگالی و مدل شبه‌هارمونیک دبای، ویژگی‌های ساختاری و ترمودینامیکی دو ترکیب TiC و ZrC، به‌صورت تابعی از دما و فشار، بررسی شدند. نتایج ساختاری حاصل از به‌کارگیری معادلات حالت مختلف نشان داد که پارامترهای ساختاری با نتایج تجربی موجود مطابقت دارند. بررسی تاثیر دما و فشار بر مدول حجمی ‌نشان داد که ZrC در برابر افزایش دما و TiC در برابر اعمال فشار، مقاومت خوبی دارند. همچنین، نتایج حاصل از بررسی کمیت‌هایی مانند انرژی آزاد گیبس، بیانگر ثبات بیشتر ZrC در برابر افزایش دما و توجیه‌کننده دمای ذوب بالای آن در مقایسه با TiC است. محاسبات انجام‌شده در خصوص ویژگی‌های ترمودینامیکی، نظیر دمای دبای، ظرفیت گرمایی ویژه در حجم و فشار ثابت و ضریب انبساط حرارتی نیز گواه عملکرد خوب ترکیبات ZrC و TiC در برابر دما و فشار است.