Карбид танталa (TaC): свойства, применение в режущих инструментах и сплавах. Высокая твердость, жаростойкость, электропроводность. Производство и характеристики.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Карбиды тантала (TaC) образуют семейство бинарных химических соединений тантала и углерода с эмпирической формулой TaCx, где x обычно варьируется от 0,4 до 1. Это чрезвычайно твердые, хрупкие, огнеупорные керамические материалы с металлической электропроводностью. Они выглядят как коричнево-серые порошки, которые обычно обрабатываются методом спекания. Являясь важными материалами на основе керамики и металлов (керметами), карбиды тантала коммерчески используются в режущих инструментах и иногда добавляются в сплавы карбида вольфрама. Температура плавления карбидов тантала ранее оценивалась примерно в (значение отсутствует в оригинале) в зависимости от чистоты и условий измерения; это значение является одним из самых высоких для бинарных соединений. Однако новые испытания окончательно доказали, что TaC на самом деле имеет температуру плавления 3768 °C, а карбид тантала-гафния и карбид гафния имеют более высокие температуры плавления.
Tantalum carbides (TaC) form a family of binary chemical compounds of tantalum and carbon with the empirical formula TaCx, where x usually varies between 0.4 and 1. They are extremely hard, brittle, refractory ceramic materials with metallic electrical conductivity. They appear as brown gray powders, which are usually processed by sintering. Being important cermet materials, tantalum carbides are commercially used in tool bits for cutting applications and are sometimes added to tungsten carbide alloys. The melting points of tantalum carbides was previously estimated to be about depending on the purity and measurement conditions; this value is among the highest for binary compounds. And only tantalum hafnium carbide was estimated to have a higher melting point of However new tests have conclusively proven that TaC actually has a melting point of 3,768 °C and both tantalum hafnium carbide and hafnium carbide have higher melting points.
Подготовка
Порошки TaCx с заданным составом получают нагреванием смеси порошков тантала и графита в вакууме или в атмосфере инертного газа (аргона). Нагрев осуществляют при температуре около, используя печь или установку для плавки дугой, однако это не позволяет контролировать стехиометрию продукта.
TaCx powders of desired composition are prepared by heating a mixture of tantalum and graphite powders in vacuum or inert gas atmosphere (argon). The heating is performed at a temperature of about using a furnace or an arc melting setup. but it lacks control over the stoichiometry of the product.
Кристальная структура
Соединения TaCx имеют кубическую (тип "каменная соль") кристаллическую структуру при x = 0,7–1,0; параметр решетки увеличивается с ростом x.
TaCx compounds have a cubic (rock salt) crystal structure for x = 0.7–1.0; the lattice parameter increases with x.
Здесь Z – число формульных единиц в элементарной ячейке, ρ – плотность, вычисленная на основе параметров решетки.
Here Z is the number of formula units per unit cell, ρ is the density calculated from lattice parameters.
Свойства
Связь между атомами тантала и углерода в карбидах тантала представляет собой сложную смесь ионных, металлических и ковалентных составляющих, и благодаря сильной ковалентной составляющей эти карбиды являются очень твердыми и хрупкими материалами. Например, TaC имеет микротвердость 1600–2000 кг/мм² (~9 по шкале Мооса) и модуль упругости 285 ГПа, в то время как соответствующие значения для тантала составляют 110 кг/мм² и 186 ГПа. Карбиды тантала обладают металлической электропроводностью как по величине, так и по температурной зависимости. TaC является сверхпроводником с относительно высокой температурой перехода Tc = 10,35 К.
The bonding between tantalum and carbon atoms in tantalum carbides is a complex mixture of ionic, metallic and covalent contributions, and because of the strong covalent component, these carbides are very hard and brittle materials. For example, TaC has a microhardness of 1,600–2,000 kg/mm2 (~9 Mohs) and an elastic modulus of 285 GPa, whereas the corresponding values for tantalum are 110 kg/mm2 and 186 GPa. Tantalum carbides have metallic electrical conductivity, both in terms of its magnitude and temperature dependence. TaC is a superconductor with a relatively high transition temperature of TC = 10.35 K.
Природное происхождение
Танталкарбид — природная форма карбида тантала. Это кубический, чрезвычайно редкий минерал.
Tantalcarbide is a natural form of tantalum carbide. It is a cubic, extremely rare mineral.