产品名称:碳化钽(TaC)
规格:0.8-10um(D50)
形貌:不规则
颜色:黑灰色
特点:高熔点、高硬度、高弹性模量、良好的化学稳定性和耐腐蚀性
用途:硬质合金、切削工具、军事、电极材料、金属基复合材料等领域
中文名称:碳化钽
CAS No.:12070-06-3
EINECS号:235-118-3
分子式:TaC
分子量:192.96
熔点:3880℃
沸点:5500℃
硬度:2100HV0.05
晶型:浅棕色金属状立方结晶粉末,属于氯化钠型立方晶系。
密度:14.3g/cm3
电阻:室温为30Ω
性质:碳化钽(TaC)是一种超高温陶瓷材料,所谓超高温陶瓷(UHTCs)通常指熔点超过3000℃,并在2000℃以上的高温及腐蚀环境中(如氧原子环境)使用的一类陶瓷材料,如ZrC、HfC、TaCHfB2、ZrB2、HfN等。碳化钽熔点高达3880℃,具有高硬度(莫氏硬度9~10)、较大的导热系数(22W·m-1·K-1)、较大的抗弯强度(340~400MPa),以及较小的热膨胀系数(6.6×10-6K-1),并展现出优良的热化学稳定性和优异的物理性能,与石墨及C/C复合材料具有良好的化学相容性和力学相容性,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。
制备方法:
(1)还原法
氧化钽或碳粉末与碳混合,在高温、氢气保护下或真空条件下进行一次及二次碳化生成碳化钽。需要进行二次碳化的原因是首次碳化由于多种因素的影响,碳化不彻底,产品中的化合碳、游离碳及杂质等都难达到要求。二次碳化在真空条件下过量的碳与钽生成碳化物。影响碳化物质量的主要因素有:配碳量、原料粒度与纯度、装料方式、碳化温度、碳化时间、二次碳化等。
(2)化合法
化合法是一种常见的固相法制备TaC工艺。在一定的条件下,Ta和C发生化学反应直接生成TaC:Ta(s)+C(s)→TaC(s)
(3)化学气相沉积法
CVD法制备TaC涂层需要用到源物质-TaCl5。TaCl5在500K时气化,将气化了的TaCl5做为气源倒入CVD炉,与其他导入的还原气氛一起沉积生成TaC。
应用领域:
1)TaC具有优良的热化学稳定性和优异的物理性能,且与石墨具有良好的化学相容性和力学相容性,在石墨表面制备TaC涂层,可以有效增强其抗氧化、抗腐蚀、耐磨及力学性能等。尤其适用于MOCVD设备生长GaN或AlN单晶和PVT设备生长SiC单晶,所生长的单晶质量得到明显提高。由于TaC涂层对H2,HCl,NH3具有优异的耐酸碱性,在碳化硅半导体产业链中,TaC还可在MOCVD等外延处理过程中完全保护石墨基体材料,净化生长环境。
2)多孔碳化钽陶瓷可更好的实现气相组元过滤,调整局部温度梯度,引导物质流方向,控制泄漏等。
3)随着现代飞行器如航空航天器、火箭、导弹向着高速、高推力、高空的方向发展,对其表面材料在极端条件下的耐高温性和抗氧化性要求也越来越高。飞行器进入大气层时面临着热流密度高、驻点压力大和气流冲刷速度快等极端环境,同时面临着与氧气、水蒸气和二氧化碳反应而产生的化学烧蚀。在飞行器飞出和飞入大气层时,其头锥和机翼周围的空气会受到剧烈压缩而与飞行器表面产生较大的摩擦,导致其表面受气流流动加热。飞行器表面除了在飞行过程中受气动加热外,还会在飞行过程中受到太阳辐射、环境辐射等的影响,使飞行器的表面温度不断升高,这一变化会严重影响飞行器的服役状况。TaC是耐超高温陶瓷家族的一员,高的熔点和出色的热力学稳定性使TaC广泛应用于飞行器热端部位,例如可以对火箭发动机喷管的表面涂层起到保护作用。
4)TaC还在切削工具、研磨材料、电子材料以及催化剂等领域具有广泛应用前景。例如,将TaC添加在硬质合金中可以阻止硬质合金的晶粒生长,提高硬质合金的硬度,改善其使用寿命;TaC具有良好的导电性,并且可以组成非化学计量化合物,导电性随组分不同而产生变化,这种特性使TaC在电子材料领域具有诱人的应用前景;在TaC的催化脱氢方面,有研究者对TiC、TaC的催化性能研究表明,在较低温度下,TaC基本没有催化活性,但在高于1000℃时,其催化活性明显升高。对于CO的催化性能方面的研究发现,300℃时TaC的催化产物有甲烷、水以及少量的烯烃。
5)中子屏蔽材料:
钽的中子吸收能力较弱,但碳化钽的高密度和耐辐射性可用于核反应堆的防护结构或燃料包壳涂层。
存储方法:本品应密封保存于干燥、阴凉的环境中,不宜长久暴露于空气中,防受潮发生团聚,影响分散性能和使用效果,另应避免重压,勿与氧化剂接触,按照普通货物运输。