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碳化钽
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碳化钽是一类二元化合物,由钽和碳组成,实验式TaCx,x 一般在 0.4 到1 之间。它们的硬度极大,脆,是耐火材料,具有金属的电导率。它是一种棕灰色粉末,通常通过烧结处理。
作为重要的金属陶瓷材料,碳化钽在商业车刀中用于切削应用,有时会添加到碳化钨合金中。[4]
取决于纯度和测量条件,碳化钽的熔点在约3880℃达到峰值。这个值是二元化合物里最高的。[5][6]只有碳化钽铪的熔点可能略高,大约为3942°C,[7]而碳化铪的熔点与TaC相当。
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制备
TaCx粉末是由钽和石墨的粉末在真空或惰性气体(氩)里使用炉子或电弧熔化装置在约2000℃的温度下进行加热。[8][9]钽和石墨的量决定了x的值。另一种技术是在真空或氢气气氛中,在1500–1700℃的温度下通过碳进行五氧化二钽的还原。该方法于1876年用于获得碳化钽,[10]但它无法控制产物的化学计量。[6]自蔓延高温合成法也是已报道的直接从单质制备TaC的方法之一。[11]
晶体结构

当 x = 0.7–1.0 时,TaCx有着立方结构 (岩盐的结构) 。[12]碳化钽的晶格常数会随着x增长而增长。[13] TaC0.5有两种结构。较稳定的具有反碘化镉型三角结构,该结构在加热至约2000℃时转变为六方晶格,对碳原子来说已经没有规律了。[8]
在这个表中,Z是每单位的配位数,ρ是由晶格常数计算而来的密度。
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性质
碳化钽中钽和碳原子之间的键是离子键,金属键和共价键混合,是很复杂的键,并且由于强共价成分,这些碳化物是非常坚硬且易碎的材料。举个例子,TaC的显微硬度为1600-2000 kg/mm2 [16](〜9 Mohs)和285 GPa的弹性模量,而钽的相应值为110 kg/mm2和186 GPa。碳化钽的硬度,屈服和剪切应力随TaCx中碳含量的增加而增加。[17]
碳化钽无论是什么大小和温度都具有金属导电性。TaC 可以在10.35 K以下转变为超导体。[13]
TaCx的磁性能从x≤0.9的反磁性变为“ x”≥0.9的顺磁性。尽管HfCx具有与TaCx相同的晶体结构,但仍观察到了相反的行为(磁性随x的增加而减少)。[18]
应用
碳化钽因其在熔点、硬度、弹性模量、导热性、热冲击方面的优异物理性能而被广泛用作超高温陶瓷(UHTC)的烧结添加剂或高熵合金(HEA)的陶瓷增强材料抵抗力和化学稳定性,这使其成为航空航天工业中飞机和火箭的理想材料。
天然存在
钽碳矿是碳化钽的天然存在形式。它属立方晶系,并且非常稀有。[19]
参见
参考资料
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