碳化钽

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（英语：cermet）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。 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。只有碳化钽铪的熔点可能略高，大约为3942°C，而碳化铪的熔点与TaC相当。 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。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，但它无法控制产物的化学计量。自蔓延高温合成（英语：self-propagating high-temperature synthesis）法也是已报道的直接从单质制备TaC的方法之一。 当 x = 0.7–1.0 时，TaCx有着立方结构 (岩盐的结构) 。碳化钽的晶格常数会随着x增长而增长。 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。 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。 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 （〜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。 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。 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）。 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。 鉭碳礦（英语：Tantalcarbide）是碳化钽的天然存在形式。它属立方晶系，并且非常稀有。 碳化铪 Lide, David R. (编). CRC Handbook of Chemistry and Physics 90th. Boca Raton, Florida: CRC Press（英语：CRC Press）. 2009. ISBN 978-1-4200-9084-0 （英语）.  5196273 [失效連結] Tantalum carbide in Linstrom, Peter J.; Mallard, William G. (eds.); NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg (MD), http://webbook.nist.gov (retrieved 2014-07-02) Emsley, John. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. 11 August 2003: 421– [2 May 2011]. ISBN 978-0-19-850340-8.  TaC0.89中4000°C的熔点声称不是基于实际测量，而是基于相图的推断，使用与NbC的类比，请参见Emeléus Emeléus, Harry. Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. Academic Press. 1968: 174–176 [3 May 2011]. ISBN 978-0-12-023611-4. （原始内容存档于2017-03-24）.  Agte, C.; Alterthum, H. Researches on Systems with Carbides at High Melting Point and Contributions to the Problem of Carbon Fusion. Zeitschrift für technische Physik. 1930, 11: 182–191. ISSN 0373-0093.  Lonnberg, B; Lundstrom, T; Tellgren, R. A neutron powder diffraction study of Ta2C and W2C. Journal of the Less Common Metals. 1986, 120 (2): 239–245. doi:10.1016/0022-5088(86)90648-X.  Rudy, Erwin; Brukl, C. E.; Windisch, Stephan. Constitution of Ternary Ta-Mo-C Alloys. Journal of the American Ceramic Society. 1968, 51 (5): 239–250. doi:10.1111/j.1151-2916.1968.tb13850.x.  Joly, A. Sur les azotures et carbures de niobium et de tantale. Compt. Rend. 1876, 82: 1195 [2020-07-14]. （原始内容存档于2020-07-16） （法语）.  Shuck, Christopher E.; Manukyan, Khachatur V.; Rouvimov, Sergei; Rogachev, Alexander S.; Mukasyan, Alexander S. Solid-flame: Experimental validation. Combustion and Flame. January 2016, 163: 487–493. doi:10.1016/j.combustflame.2015.10.025.  Lavrentyev, A; Gabrelian, B; Vorzhev, V; Nikiforov, I; Khyzhun, O; Rehr, J. Electronic structure of cubic HfxTa1–xCy carbides from X-ray spectroscopy studies and cluster self-consistent calculations. Journal of Alloys and Compounds. 2008, 462 (1–2): 4–10. doi:10.1016/j.jallcom.2007.08.018.  Valvoda, V. X-ray diffraction study of Debye temperature and charge distribution in tantalum monocarbide. Physica Status Solidi A. 1981, 64: 133–142. doi:10.1002/pssa.2210640114.  Yvon, K.; Parthé, E. On the crystal chemistry of the close-packed transition-metal carbides. I. The crystal structure of the [zeta]-V, Nb and Ta carbides. Acta Crystallographica Section B. 1970, 26 (2): 149–153. doi:10.1107/S0567740870002091.  Bowman, A. L.; Wallace, T. C.; Yarnell, J. L.; Wenzel, R. G.; Storms, E. K. The crystal structures of V2C and Ta2C. Acta Crystallographica. 1965, 19: 6–9. doi:10.1107/S0365110X65002670.  Kurt H. Stern (1996). Metallurgical and Ceramic Protective Coatings. Chapman & Hall. Oyama, S. Ted. The chemistry of transition metal carbides and nitrides. Springer. 1996: 29–30 [3 May 2011]. ISBN 978-0-7514-0365-7. （原始内容存档于2020-07-14）.  Gusev, Aleksandr; Rempel, Andrey; Magerl, Andreas. Disorder and order in strongly nonstoichiometric compounds: transition metal carbides, nitrides, and oxides. Springer. 2001: 513–516 [3 May 2011]. ISBN 978-3-540-41817-7. （原始内容存档于2020-08-11）.  Mindat, Tantalcarbide （页面存档备份，存于互联网档案馆）. [2020-07-27]