Synthesis and properties of transition metal carbides

Abstract

This master thesis is a follow-up of my bachelor's project, where the goal was to prepare high entropy carbide (HEC), namely (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta)C, by the sol-gel method followed by carbothermal reduction using spark plasma sintering facility (SPS). In this work, the first aim is to substitute SPS with ultra-fast high-temperature sintering (UHS) for the same HEC, (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta)C. The advantages of UHS compared to SPS are a thousand times lower consumption of electricity and simpler set-up. The second aim is the adaptation of the synthesis for the preparation of HEC of different compositions, (Cr, Mn, Fe, Co, Ni)C. The third aim is the testing of the presented sol-gel technique on the production of borides, while the initial experiments were focused on boro- carbothermal reduction. Keywords: high entropy carbides, high entropy borides, transition metals, carbothermal reduction, high-temperature ceramics, sol-gel method

Tato diplomová práce navazuje na můj bakalářský projekt, ve kterém jsem úspěšně připravila karbid s vysokou entropií (HEC) o složení (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta)C roztokovou metodou následovanou karbotermální redukcí pomocí metody Spark plasma sintering (SPS). Hlavní cíle této práce se dají rozdělit do tří etap. První etapou bylo využití metody Ultrafast high-temperature sintering (UHS) pro přípravu vysokoentropického karbidu (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta)C namísto SPS. Hlavními výhodami UHS oproti SPS jsou až tisíckrát menší spotřeba elektrické energie a jednodušší instrumentace. Druhou etapou bylo testování této syntetické metody na karbidu o jiném složení, v tomto případě (Cr, Mn, Fe, Co, Ni)C. Třetí etapou bylo studium možnosti použití této roztokové metody a UHS na přípravu boridů, přičemž prvotní testy se zaměřily na možnost boro- karbotermální redukce. Klíčová slova: karbidy s vysokou entropií, boridy s vysokou entropií, přechodné kovy, karbotermální redukce, vysokoteplotní keramika, metoda sol-gel