碳化钽

　　碳化钽，一种过渡金属碳化物;黑色或暗棕色金属状粉末，立方晶系，质坚硬，不溶于水，微溶于硫酸和氢氟酸，溶于氢氟酸和硝酸的混合溶液;化学性质极为稳定;具有优异的物理和化学性能，如高硬度、高熔点、良好的导电性和抗热震性、较好的耐化学腐蚀性能、高的抗氧化性和一定的催化性能等;在工业和军事上有广泛的应用，在硬质合金中，作为一种添加剂而得到广泛应用，其主要作Chemicalbook用是提高硬质合金的高温强度和抑制碳化钨颗粒的长大;在切削工具中，作为一种坚硬的涂层来增加基体金属的抗化学腐蚀性和耐磨性;在军事上，用作喷气发动机涡轮叶片和火箭喷嘴涂层，可显著提高其抗烧蚀性能，延长使用寿命;同时还可以用于电极材料,使用电火花线切割成复杂的形状;以及作为第二相颗粒增强金属基复合材料，用于航空航天、冶金、建材、电力、水电、矿山等领域。

　　碳化钽理化性质

　　黑色或暗棕色金属状粉末，立方晶系，质坚硬。熔点3880℃，沸点5500℃，相对密度13.9，硬度9～10。能溶于硝酸和氢氟酸的混合酸中，不溶于水和所有的单一的酸中。在常温常压条件下，TaC具有简单的NaCl型晶体结构，而且可以Chemicalbook在碳素晶格中容纳大量的空缺位而不引起相变的发生TaC的硬度和断裂韧度的最高值分别可达到(20±0.5)GPa和(12.7±0.7)MPa1/2。化学性质较稳定，耐一般的酸碱，但氢氟酸除外。在空气中加热转化成五氧化二钽。可与焦硫酸钾熔融。

　　碳化钽化学性质

　　碳化钽为浅棕色金属状立方结晶粉末，属氯化钠型立方晶系。含碳量6.23%(质量)，相对密度13.9，熔点3880℃，沸点4780℃，晶格常数a=0.4454nm，莫式硬度9～10，热导率2Chemicalbook2w/(m?K)，热膨胀系数6.29×10-6/K。不溶于水，难溶于无机酸，能溶于氢氟酸和硝酸的混合酸中并可分解。抗氧化能力强，易被焦硫酸钾熔融并分解。导电性大，室温时电阻为30Ω，显示超导性质。

　　目前也用碳化钽做硬质合金烧结晶粒长大抑制剂用，对抑制晶粒长大有明显效果，密度为14.3g/cm3。不溶于水，难溶于无机酸，能溶于氢氟酸和硝酸的混合酸中并可分解。抗氧化能力强，易被焦硫酸钾熔融并分解。导电性大，室温时电阻为30Ω，显示超导性质。用于粉末冶金、切削工具、精细陶瓷、化学气相沉积、硬质耐磨合金刀具、工具、模具和耐磨耐蚀结构部件添加剂，提高合金的韧性。碳化钽的烧结体显示金黄色，可作手表装饰品。

　　碳化物颗粒具有高强度、高硬度、与基体润湿性良好等优点，使其作为第二相颗粒增强金属基复合材料已广泛应用于航空航天、冶金、建材、电力、水电、矿山等领域，并取得了很好的实际应用效果。目前所见报道的碳化物颗粒主要有碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化铌(NbC)和碳化钒(VCp)等，而与金属钒、铌同族的元素钽却研究较少。

　　碳化钽(TaC)陶瓷颗粒具有高熔点(3880℃)、高硬度(2100HV0.05)、化学稳定性好、导电导热能力强等优点，但由于其成本等问题，目前所见报道仅限于镍基、铝基等基体。Chao 等利用激光熔覆技术，制备出了镍基增强碳化钽表面复合材料，结果表明此材料与纯镍相比硬度显著提高，磨损率比硬化钢明显降低;Yu 等研究了在高温梯度下镍基、铬基、铝基增强碳化钽原位反应定向凝固与其微观结构的关系，结果表明随着凝固速率的提高，固相结构发生了变化，而且碳化钽的体积分数也随凝固速率的改变而变化;王文丽等利用激光熔覆技术，在A3钢表面制备出了原位生成TaC 颗粒强化的镍基复合涂层，结果表明在适当的工艺条件下，其生成TaC 颗粒增强镍基复合涂层成形良好、表面光滑，涂层与基体呈现良好的冶金结合。而对钢铁基原位生成TaC的研究鲜有报道。因此，在本实验中采用了表面陶瓷颗粒增强铁基复合的方法。同时，选用TaC颗粒作为第二相颗粒增强相。对TaC 颗粒原位增强铁基表面复合材料的微观形貌及反应过程进行分析。

　　碳化钽制备方法

　　1、工业上将五氧化二钽与固体碳球磨混合，使用非氧化气氛(主要是真空和氩气气氛)，在1700℃的高温下，进行还原和渗碳处理，制备得到粒度大于2μm的碳化钽粉末。

　　2、使用液相先躯体法在非氧化气氛中进行热处理制备得到纳米碳化钽粉末。将5mL无水乙醇加入装有0.50gTaCl5的小烧杯中，并用玻璃棒搅拌均匀，然后将其放入超声波清洗器中，加热温度55℃，工作频率40kHz，超声功率80W，超声振荡5～10min后，加入0.10g纳米活性炭，并继续振荡15～20min后，将其倒入坩埚均匀涂覆于内壁上，并用热风机吹干。将装有试样的坩埚置于真空热压炉中，在真空度100Pa下或氢气气氛中于1300℃进行高温处理;或在氩气气氛中于1400℃进行高温处理，保温时间均为0.5h，升温速率20℃/min。待实验结束，用毛刷将坩埚内的产Chemicalbook物刷下。

　　3、在空气中加热转化成五氧化二钽。可与焦硫酸钾熔融。由金属钽与碳或五氧化二钽与烟黑在惰性气氛中加热到1900℃反应制得。

　　4、由五氯化钽与甲烷为反应气，用氩作载体，用碳化硅电阻从外部辐射加热、碳化或五氧化钽与炭黑混合，加压粉末成型，在氢气或真空中加热而制得。

　　碳化钽作用及应用

　　1、在硬质合金中，作为一种添加剂而得到广泛应用，其主要作用是提高硬质合金的高温强度和抑制碳化钨颗粒的长大。

　　2、在切削工具中，作为一种坚硬的涂层来增加基体金属的抗化学腐蚀性和耐磨性。

　　3、在军事上，用作喷气发动机涡轮叶片和火箭喷嘴涂层，可显著提高其抗烧蚀性能，延长使用寿命。

　　4、由于其电导性很好。因此,它可以用于电极材料,而且还可以使用电火花线切割成复杂的形状。

　　5、作为第二相颗粒增强金属基复合材料已广泛应用于航空航天、冶金、建材、电力、水电、矿山等领域。

　　碳化钽生产方法

　　氧化钽碳化法以五氧化二钽和炭黑为原料制备碳化钽：将1rnol五氧化二钽和7mol炭黑充分混合，放入还原炉中，在氢或真空中于l500℃下加热还原lhChemicalbook，即制得碳化钽粉末。或者在惰性气体中加热至1900℃还原制得。为提高产品质量，首先在惰性气体中一次碳化生成初级碳化物，再在真空条件下进行二次碳化制得碳化钽。