Карбид тантала
| Карбид тантала | |
|---|---|
 | |
 | |
| Общие | |
| Систематическое наименование |
монокарбид тантала |
| Традиционные названия | карбид тантала |
| Хим. формула | TaC |
| Физические свойства | |
| Состояние | твёрдое |
| Молярная масса | 192,96 г/моль |
| Плотность | 14,4 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура | |
| • плавления | 3880 °C |
| • кипения | 5500 °C |
| Мол. теплоёмк. | 32,5 Дж/(моль·К) |
| Теплопроводность | 22,2 Вт/(м·K) |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 12070-06-3 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
Карбид тантала — химическое соединение металла тантала и углерода с формулой TaC. Имеет широкую область гомогенности, которая составляет 41,5−49,5 ат.% углерода, что отвечает соединениям TaC0,73 и TaC0,96 соответственно[1].
Получение
Карбид тантала можно получить одним из следующих способов[2].
- Восстановлением оксида тантала углеродом с последующим образованием карбида:
- Восстановление Ta2O5 и последующее образование карбида тантала проводят при температурах 1400−1600 °C в среде водорода или в вакууме. Источником углерода является сажа.
- Непосредственным насыщением тантала углеродом:
- В этом случае технология получения карбида тантала аналогична выше представленному методу, только в этом методе оксид заменен на металлический тантал.
- Разновидностью этого способа является получение карбида тантала в графитовом тигле, содержащем тантал, углерод и расплав алюминия или другие металлы группы железа вместо алюминия при температуре до 2000 °C. Полученный продукт обрабатывается кислотой для растворения образовавшихся побочных карбидов алюминия или железа.
- Осаждением из газовой фазы:
- В основе способа лежит процесс восстановления пятихлористого тантала у поверхности вольфрамовой или угольной нити до тантала, который взаимодействует с углеводородной средой при температурах от 2000 °C до 2930 °C.
- Восстановительной плавкой танталсодержащих шлаков:
- Восстановление и карбидизация тантала происходит за счет добавления в шлак углерода с большим избытком и в присутствии железа. Образующийся карбид выделяют химическим путём.
Физические свойства
Карбид тантала представляет собой материал от светло- до тёмно-коричневого цвета. Имеет кубическую решетку типа NaCl, пространственная группа Fm3m, с периодом решетки a = 0,4456 нм.
- Удельное электрическое сопротивление 42,1 мкОм•см
- Сверхпроводник при 10,1 К
- Коэффициент линейного теплового расширения 6,6−7,09•10−6 1/K (25−1000 °C)
- Микротвёрдость 18 ГПа
- Модуль упругости 285 ГПа[1][3]
Химические свойства
Карбид тантала является химически стойким соединением при комнатной температуре по отношению к серной, соляной, ортофосфорной, азотной, щавелевой кислотам и большинства их смесей. Не растворяется в 20% растворе гидроксида натрия. Растворение большей части соединения происходит в кипящей серной, ортофосфорной кислотах и в смесях гидроксида натрия и бромной воды, гидроксида натрия и пероксида водорода, серной и ортофосфорной кислотах при температурах от 105 °C с образованием осадка солей.
Карбид тантала полностью растворяется в смеси фтороводорода и азотной кислоты.
Начиная с 800 °C, взаимодействует с кислородом образуя Ta2O5[3].
Применение
Карбид тантала входит в состав твёрдых сплавов марок ТТК, содержание которого может составлять от 3% до 17%. Добавка карбида тантала позволяет сохранять остроту режущей кромки резца и уменьшает склонность к привариванию стружки к резцу. Также способствует уменьшению размеров зёрен карбидов[4].
Высокая температура плавления и стойкость против расплавленных металлов позволяет применять карбид тантала как футеровку тиглей для плавки тугоплавких металлов, испарителей для алюминия и цинка, а также нагревательных элементов высокотемпературных электрических печей[2].
Покрытия из карбида тантала используются для защиты стальных форм при литье под давлением алюминия и его сплавов[5].
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 Самсонов Г. В. Физическое материаловедение карбидов. — Наукова думка, 1974. — С. 79-397. — 454 с.
- ↑ 2,0 2,1 Косолапова Т. Я. Карбиды. — Металлургия, 1968. — С. 300.
- ↑ 3,0 3,1 Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения (справочник). — Металлургия, 1976. — С. 560.
- ↑ Киффер Р., Бенезовский Ф. Твердые сплавы. — Металлургия, 1971. — С. 48-50. — 392 с.
- ↑ E. Mart´ınez, U. Wiklund, J. Esteve, F. Montalà, L. L. Carreras. Tribological performance of TiN supported molybdenum and tantalum carbide coatings in abrasion and sliding contact // Wear – 2002. – Vol. 253, No. 11-12. – P. 1182-1187.