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熔点之王：为何塔金碳化物的熔点比金属还要高？
塔金碳化物（Tantalum carbides, TaC）是由塔金和碳组成的二元化合物，其化学式为TaCx，x的值通常介于0.4到1之间。这种物质呈棕灰色粉末状态，专为其极高的熔点和硬度而著称，且其于陶瓷和金属中的应用广泛。这么高的熔点究竟是如何实现的？
根据以前的估计，塔金碳化物的熔点约为3,880°C，这可能是所有二元化合物中最高的。然而，新的实验已证实其实际熔点为3,768°C。
塔金碳化物的熔点接近最高的二元化合物，这是为何它成为一种重要的陶瓷材料。尽管主要用途是用于切削工具的制造，它的性能特征赋予了其在航空航天等产业中的重要地位。这些材料的韧性结合其出色的熔点，成为了超高温陶瓷（UHTCs）或高熵合金（HEAs）的理想选择。
制备方法
制备当所需组成的TaCx粉末时，通常会将塔金与石墨粉末混合并在真空或惰性气体环境（如氩气）中加热。加热温度约为2,000°C，用以粉末的烧结。另一种方法是将五氧化塔金在真空或氢气气氛中与碳还原，温度控制在1,500-1,700°C之间。这种方法早在1876年便已经被用于塔金碳化物的获取，虽然对产品的化学计量控制能力有限。
TaCx化合物的晶体结构为立方晶系，并随着x值的改变而增大。
特性与应用
塔金碳化物的结构使其具有极高的硬度和脆性。其微硬度约为1,600至2,000 kg/mm²，相较于一般分钟的塔金硬度（约110 kg/mm²）可谓卓越。它的导电性加上相对较高的超导转变温度，使其在高端应用中显得尤为重要。这种物质以其出色的熔点、硬度和热导率而著称，是制造航空器和火箭的理想材料。
例如，Wang等人的研究中，以机械合金化加上反应热压烧结的方式合成了SiBCN陶瓷基材，在其中加入了TaC。经过球磨处理后，TaC的颗粒被磨至5纳米，进而在950mpa的应力下促进了基材的断裂韧性，提高至399.5 MPa，相较于传统基材的127.9 MPa，这无疑是巨大的进步。这是由于TaC的热膨胀系数与SiBCN氧化物基材的差异，使得裂缝能够绕过颗粒吸收能量，增强了材料韧性。
此外，Wei等人以真空弧熔技术合成了新型的MoNbRe0.5W(TaC)x HEA基材。他们的结果显示，在较高的TaC添加量下，材料的强度也有了明显的改善，并且在TEM 辐射下显示出BCC 张应和MC 相的良好结合，这有助于降低晶粒尺寸，进一步增强了基材的强度。这一项研究的进展，无疑会推进高熵合金的应用潜力。
自然存在形式
天然的塔金碳化物则以一种极为罕见的矿物形式存在，这种矿物的结晶结构同样为立方形，显示了其在自然科学中的价值。
整体而言，塔金碳化物的高熔点以及其卓越性质的多样性使其在材料科学和工业应用中扮演着重要角色。它的独特特性为现代科技的发展提供了无限可能。又或者，未来还会出现哪些新型材料来挑战塔金碳化物的地位呢？
