碳化鉭，一種過(guò)渡金屬碳化物;黑色或暗棕色金屬狀粉末，立方晶系，質(zhì)堅(jiān)硬，不溶于水，微溶于硫酸和氫氟酸，溶于氫氟酸和硝酸的混合溶液;化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定;具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，如高硬度、高熔點(diǎn)、良好的導(dǎo)電性和抗熱震性、較好的耐化學(xué)腐蝕性能、高的抗氧化性和一定的催化性能等;在工業(yè)和軍事上有廣泛的應(yīng)用，在硬質(zhì)合金中，作為一種添加劑而得到廣泛應(yīng)用，其主要作Chemicalbook用是提高硬質(zhì)合金的高溫強(qiáng)度和抑制碳化鎢顆粒的長(zhǎng)大;在切削工具中，作為一種堅(jiān)硬的涂層來(lái)增加基體金屬的抗化學(xué)腐蝕性和耐磨性;在軍事上，用作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片和火箭噴嘴涂層，可顯著提高其抗燒蝕性能，延長(zhǎng)使用壽命;同時(shí)還可以用于電極材料,使用電火花線切割成復(fù)雜的形狀;以及作為第二相顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，用于航空航天、冶金、建材、電力、水電、礦山等領(lǐng)域。

　　碳化鉭理化性質(zhì)

　　黑色或暗棕色金屬狀粉末，立方晶系，質(zhì)堅(jiān)硬。熔點(diǎn)3880℃，沸點(diǎn)5500℃，相對(duì)密度13.9，硬度9～10。能溶于硝酸和氫氟酸的混合酸中，不溶于水和所有的單一的酸中。在常溫常壓條件下，TaC具有簡(jiǎn)單的NaCl型晶體結(jié)構(gòu)，而且可以Chemicalbook在碳素晶格中容納大量的空缺位而不引起相變的發(fā)生TaC的硬度和斷裂韌度的最高值分別可達(dá)到(20±0.5)GPa和(12.7±0.7)MPa1/2。化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，耐一般的酸堿，但氫氟酸除外。在空氣中加熱轉(zhuǎn)化成五氧化二鉭。可與焦硫酸鉀熔融。

　　碳化鉭化學(xué)性質(zhì)

　　碳化鉭為淺棕色金屬狀立方結(jié)晶粉末，屬氯化鈉型立方晶系。含碳量6.23%(質(zhì)量)，相對(duì)密度13.9，熔點(diǎn)3880℃，沸點(diǎn)4780℃，晶格常數(shù)a=0.4454nm，莫式硬度9～10，熱導(dǎo)率2Chemicalbook2w/(m?K)，熱膨脹系數(shù)6.29×10-6/K。不溶于水，難溶于無(wú)機(jī)酸，能溶于氫氟酸和硝酸的混合酸中并可分解。抗氧化能力強(qiáng)，易被焦硫酸鉀熔融并分解。導(dǎo)電性大，室溫時(shí)電阻為30Ω，顯示超導(dǎo)性質(zhì)。

　　目前也用碳化鉭做硬質(zhì)合金燒結(jié)晶粒長(zhǎng)大抑制劑用，對(duì)抑制晶粒長(zhǎng)大有明顯效果，密度為14.3g/cm3。不溶于水，難溶于無(wú)機(jī)酸，能溶于氫氟酸和硝酸的混合酸中并可分解。抗氧化能力強(qiáng)，易被焦硫酸鉀熔融并分解。導(dǎo)電性大，室溫時(shí)電阻為30Ω，顯示超導(dǎo)性質(zhì)。用于粉末冶金、切削工具、精細(xì)陶瓷、化學(xué)氣相沉積、硬質(zhì)耐磨合金刀具、工具、模具和耐磨耐蝕結(jié)構(gòu)部件添加劑，提高合金的韌性。碳化鉭的燒結(jié)體顯示金黃色，可作手表裝飾品。

　　碳化物顆粒具有高強(qiáng)度、高硬度、與基體潤(rùn)濕性良好等優(yōu)點(diǎn)，使其作為第二相顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、建材、電力、水電、礦山等領(lǐng)域，并取得了很好的實(shí)際應(yīng)用效果。目前所見(jiàn)報(bào)道的碳化物顆粒主要有碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)、碳化鈮(NbC)和碳化釩(VCp)等，而與金屬釩、鈮同族的元素鉭卻研究較少。

　　碳化鉭(TaC)陶瓷顆粒具有高熔點(diǎn)(3880℃)、高硬度(2100HV0.05)、化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但由于其成本等問(wèn)題，目前所見(jiàn)報(bào)道僅限于鎳基、鋁基等基體。Chao 等利用激光熔覆技術(shù)，制備出了鎳基增強(qiáng)碳化鉭表面復(fù)合材料，結(jié)果表明此材料與純鎳相比硬度顯著提高，磨損率比硬化鋼明顯降低;Yu 等研究了在高溫梯度下鎳基、鉻基、鋁基增強(qiáng)碳化鉭原位反應(yīng)定向凝固與其微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，結(jié)果表明隨著凝固速率的提高，固相結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，而且碳化鉭的體積分?jǐn)?shù)也隨凝固速率的改變而變化;王文麗等利用激光熔覆技術(shù)，在A3鋼表面制備出了原位生成TaC 顆粒強(qiáng)化的鎳基復(fù)合涂層，結(jié)果表明在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下，其生成TaC 顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層成形良好、表面光滑，涂層與基體呈現(xiàn)良好的冶金結(jié)合。而對(duì)鋼鐵基原位生成TaC的研究鮮有報(bào)道。因此，在本實(shí)驗(yàn)中采用了表面陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合的方法。同時(shí)，選用TaC顆粒作為第二相顆粒增強(qiáng)相。對(duì)TaC 顆粒原位增強(qiáng)鐵基表面復(fù)合材料的微觀形貌及反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行分析。

　　碳化鉭制備方法

　　1、工業(yè)上將五氧化二鉭與固體碳球磨混合，使用非氧化氣氛(主要是真空和氬氣氣氛)，在1700℃的高溫下，進(jìn)行還原和滲碳處理，制備得到粒度大于2μm的碳化鉭粉末。

　　2、使用液相先軀體法在非氧化氣氛中進(jìn)行熱處理制備得到納米碳化鉭粉末。將5mL無(wú)水乙醇加入裝有0.50gTaCl5的小燒杯中，并用玻璃棒攪拌均勻，然后將其放入超聲波清洗器中，加熱溫度55℃，工作頻率40kHz，超聲功率80W，超聲振蕩5～10min后，加入0.10g納米活性炭，并繼續(xù)振蕩15～20min后，將其倒入坩堝均勻涂覆于內(nèi)壁上，并用熱風(fēng)機(jī)吹干。將裝有試樣的坩堝置于真空熱壓爐中，在真空度100Pa下或氫氣氣氛中于1300℃進(jìn)行高溫處理;或在氬氣氣氛中于1400℃進(jìn)行高溫處理，保溫時(shí)間均為0.5h，升溫速率20℃/min。待實(shí)驗(yàn)結(jié)束，用毛刷將坩堝內(nèi)的產(chǎn)Chemicalbook物刷下。

　　3、在空氣中加熱轉(zhuǎn)化成五氧化二鉭。可與焦硫酸鉀熔融。由金屬鉭與碳或五氧化二鉭與煙黑在惰性氣氛中加熱到1900℃反應(yīng)制得。

　　4、由五氯化鉭與甲烷為反應(yīng)氣，用氬作載體，用碳化硅電阻從外部輻射加熱、碳化或五氧化鉭與炭黑混合，加壓粉末成型，在氫氣或真空中加熱而制得。

　　碳化鉭作用及應(yīng)用

　　1、在硬質(zhì)合金中，作為一種添加劑而得到廣泛應(yīng)用，其主要作用是提高硬質(zhì)合金的高溫強(qiáng)度和抑制碳化鎢顆粒的長(zhǎng)大。

　　2、在切削工具中，作為一種堅(jiān)硬的涂層來(lái)增加基體金屬的抗化學(xué)腐蝕性和耐磨性。

　　3、在軍事上，用作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片和火箭噴嘴涂層，可顯著提高其抗燒蝕性能，延長(zhǎng)使用壽命。

　　4、由于其電導(dǎo)性很好。因此,它可以用于電極材料,而且還可以使用電火花線切割成復(fù)雜的形狀。

　　5、作為第二相顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、建材、電力、水電、礦山等領(lǐng)域。

　　碳化鉭生產(chǎn)方法

　　氧化鉭碳化法以五氧化二鉭和炭黑為原料制備碳化鉭：將1rnol五氧化二鉭和7mol炭黑充分混合，放入還原爐中，在氫或真空中于l500℃下加熱還原lhChemicalbook，即制得碳化鉭粉末。或者在惰性氣體中加熱至1900℃還原制得。為提高產(chǎn)品質(zhì)量，首先在惰性氣體中一次碳化生成初級(jí)碳化物，再在真空條件下進(jìn)行二次碳化制得碳化鉭。