attori
Carburo di tantalio
I carburi di tantalio formano una famiglia di composti chimici binari di tantalio e carbonio con la formula empirica TaC x , dove x di solito varia tra 0,4 e 1. Sono materiali ceramici estremamente duri, fragili, refrattari con conduttività elettrica metallica. Appaiono come polveri marrone-grigie, che di solito vengono elaborate mediante sinterizzazione. Essendo importanti materiali in cermet, i carburi di tantalio sono commercialmente utilizzati nelle punte degli utensili per applicazioni di taglio e talvolta vengono aggiunti alle leghe di carburo di tungsteno. I punti di fusione dei carburi di tantalio raggiungono il picco a circa 3880 ° C a seconda della purezza e delle condizioni di misurazione; questo valore è tra i più alti per i composti binari. Solo il carburo di afnio al tantalio può avere un punto di fusione leggermente superiore di circa 3942 ° C, mentre il punto di fusione del carburo di afnio è paragonabile a quello del TaC.
Preparazione
Le polveri di TaC x della composizione desiderata sono preparate riscaldando una miscela di polveri di tantalio e grafite in atmosfera di vuoto o gas inerte (argon). Il riscaldamento viene eseguito a una temperatura di circa 2000 ° C utilizzando una fornace o un impianto di fusione dell'arco. Una tecnica alternativa è la riduzione del pentossido di tantalio da parte del carbonio nel vuoto o nell'atmosfera di idrogeno ad una temperatura di 1500-1700 ° C. Questo metodo è stato utilizzato per ottenere il carburo di tantalio nel 1876, ma manca di controllo sulla stechiometria del prodotto. La produzione di TaC direttamente dagli elementi è stata segnalata attraverso la sintesi auto-propagante ad alta temperatura.
Struttura di cristallo
I composti TaC x hanno una struttura cristallina cubica (salgemma) per x = 0,7–1,0; il parametro reticolare aumenta con x . TaC0.5 ha due principali forme cristalline. Quello più stabile ha una struttura trigonale di tipo ioduro anti-cadmio, che si trasforma per riscaldamento a circa 2000 ° C in un reticolo esagonale senza ordine a lungo raggio per gli atomi di carbonio.
| Formula | Simmetria | genere | Simbolo Pearson | Gruppo spaziale | No | Z | ρ (g / cm3) | a (nm) | c (nm) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TaC | Cubo | NaCl | CF8 | Fm3m | 225 | 4 | 14.6 | 0,4427 | |
| TaC0.75 | trigonal | HR24 | R3m | 166 | 12 | 15.01 | 0,3116 | 3 | |
| TaC0.5 | trigonal | anti-CDI2 | HP3 | P3m1 | 164 | 1 | 15.08 | 0,3103 | 0,4938 |
| TaC0.5 | Esagonale | HP4 | P63 / mmc | 194 | 2 | 15.03 | 0,3105 | 0,4935 |
Qui Z è il numero di unità di formula per unità di cella, ρ è la densità calcolata dai parametri reticolari.
Proprietà
Il legame tra tantalio e atomi di carbonio nei carburi di tantalio è una miscela complessa di contributi ionici, metallici e covalenti e, a causa della forte componente covalente, questi carburi sono materiali molto duri e fragili. Ad esempio, TaC ha una microdurezza di 1600–2000 kg / mm2 (~ 9 Mohs) e un modulo elastico di 285 GPa, mentre i valori corrispondenti per tantalio sono 110 kg / mm2 e 186 GPa. La durezza, lo stress da snervamento e lo stress da taglio aumentano con il contenuto di carbonio in TaC x . I carburi di tantalio hanno conduttività elettrica metallica, sia in termini di grandezza che di dipendenza dalla temperatura. TaC è un superconduttore con una temperatura di transizione relativamente alta di T C = 10,35 K.
Le proprietà magnetiche di TaC x cambiano da diamagnetico per x ≤ 0,9 a paramagnetico a x maggiore. Per HfCx si osserva un comportamento inverso (transizione para-diamagnetica con x crescente), nonostante abbia la stessa struttura cristallina di TaC x .
Evento naturale
Il tantalcarbide è una forma naturale di carburo di tantalio. È un minerale cubico, estremamente raro.
