碳化鉭

　　碳化鉭，一種過渡金屬碳化物;黑色或暗棕色金屬狀粉末，立方晶系，質堅硬，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;化學性質極為穩定;具有優異的物理和化學性能，如高硬度、高熔點、良好的導電性和抗熱震性、較好的耐化學腐蝕性能、高的抗氧化性和一定的催化性能等;在工業和軍事上有廣泛的應用，在硬質合金中，作為一種添加劑而得到廣泛應用，其主要作Chemicalbook用是提高硬質合金的高溫強度和抑制碳化鎢顆粒的長大;在切削工具中，作為一種堅硬的涂層來增加基體金屬的抗化學腐蝕性和耐磨性;在軍事上，用作噴氣發動機渦輪葉片和火箭噴嘴涂層，可顯著提高其抗燒蝕性能，延長使用壽命;同時還可以用于電極材料,使用電火花線切割成復雜的形狀;以及作為第二相顆粒增強金屬基復合材料，用于航空航天、冶金、建材、電力、水電、礦山等領域。

　　碳化鉭理化性質

　　黑色或暗棕色金屬狀粉末，立方晶系，質堅硬。熔點3880℃，沸點5500℃，相對密度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具有簡單的NaCl型晶體結構，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生TaC的硬度和斷裂韌度的最高值分別可達到(20±0.5)GPa和(12.7±0.7)MPa1/2。化學性質較穩定，耐一般的酸堿，但氫氟酸除外。在空氣中加熱轉化成五氧化二鉭。可與焦硫酸鉀熔融。

　　碳化鉭化學性質

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

　　目前也用碳化鉭做硬質合金燒結晶粒長大抑制劑用，對抑制晶粒長大有明顯效果，密度為14.3g/cm3。不溶于水，難溶于無機酸，能溶于氫氟酸和硝酸的混合酸中并可分解。抗氧化能力強，易被焦硫酸鉀熔融并分解。導電性大，室溫時電阻為30Ω，顯示超導性質。用于粉末冶金、切削工具、精細陶瓷、化學氣相沉積、硬質耐磨合金刀具、工具、模具和耐磨耐蝕結構部件添加劑，提高合金的韌性。碳化鉭的燒結體顯示金黃色，可作手表裝飾品。

　　碳化物顆粒具有高強度、高硬度、與基體潤濕性良好等優點，使其作為第二相顆粒增強金屬基復合材料已廣泛應用于航空航天、冶金、建材、電力、水電、礦山等領域，并取得了很好的實際應用效果。目前所見報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(3880℃)、高硬度(2100HV0.05)、化學穩定性好、導電導熱能力強等優點，但由于其成本等問題，目前所見報道僅限于鎳基、鋁基等基體。Chao 等利用激光熔覆技術，制備出了鎳基增強碳化鉭表面復合材料，結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、鋁基增強碳化鉭原位反應定向凝固與其微觀結構的關系，結果表明隨著凝固速率的提高，固相結構發生了變化，而且碳化鉭的體積分數也隨凝固速率的改變而變化;王文麗等利用激光熔覆技術，在A3鋼表面制備出了原位生成TaC 顆粒強化的鎳基復合涂層，結果表明在適當的工藝條件下，其生成TaC 顆粒增強鎳基復合涂層成形良好、表面光滑，涂層與基體呈現良好的冶金結合。而對鋼鐵基原位生成TaC的研究鮮有報道。因此，在本實驗中采用了表面陶瓷顆粒增強鐵基復合的方法。同時，選用TaC顆粒作為第二相顆粒增強相。對TaC 顆粒原位增強鐵基表面復合材料的微觀形貌及反應過程進行分析。

　　碳化鉭制備方法

　　1、工業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行熱處理制備得到納米碳化鉭粉末。將5mL無水乙醇加入裝有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，并繼續振蕩15～20min后，將其倒入坩堝均勻涂覆于內壁上，并用熱風機吹干。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℃進行高溫處理;或在氬氣氣氛中于1400℃進行高溫處理，保溫時間均為0.5h，升溫速率20℃/min。待實驗結束，用毛刷將坩堝內的產Chemicalbook物刷下。

　　3、在空氣中加熱轉化成五氧化二鉭。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℃反應制得。

　　4、由五氯化鉭與甲烷為反應氣，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。

　　碳化鉭作用及應用

　　1、在硬質合金中，作為一種添加劑而得到廣泛應用，其主要作用是提高硬質合金的高溫強度和抑制碳化鎢顆粒的長大。

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

　　3、在軍事上，用作噴氣發動機渦輪葉片和火箭噴嘴涂層，可顯著提高其抗燒蝕性能，延長使用壽命。

　　4、由于其電導性很好。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雜的形狀。

　　5、作為第二相顆粒增強金屬基復合材料已廣泛應用于航空航天、冶金、建材、電力、水電、礦山等領域。

　　碳化鉭生產方法

　　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。為提高產品質量，首先在惰性氣體中一次碳化生成初級碳化物，再在真空條件下進行二次碳化制得碳化鉭。