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熔點之王：為何塔金碳化物的熔點比金屬還要高？
塔金碳化物（Tantalum carbides, TaC）是由塔金和碳組成的二元化合物，其化學式為TaCx，x的值通常介於0.4到1之間。這種物質呈棕灰色粉末狀態，專為其極高的熔點和硬度而著稱，且其於陶瓷和金屬中的應用廣泛。這麼高的熔點究竟是如何實現的？
根據以前的估計，塔金碳化物的熔點約為3,880°C，這可能是所有二元化合物中最高的。然而，新的實驗已證實其實際熔點為3,768°C。
塔金碳化物的熔點接近最高的二元化合物，這是為何它成為一種重要的陶瓷材料。儘管主要用途是用於切削工具的製造，它的性能特徵賦予了其在航空航天等產業中的重要地位。這些材料的韌性結合其出色的熔點，成為了超高溫陶瓷（UHTCs）或高熵合金（HEAs）的理想選擇。
製備方法
製備當所需組成的TaCx粉末時，通常會將塔金與石墨粉末混合並在真空或惰性氣體環境（如氬氣）中加熱。加熱溫度約為2,000°C，用以粉末的燒結。另一種方法是將五氧化塔金在真空或氫氣氣氛中與碳還原，溫度控制在1,500-1,700°C之間。這種方法早在1876年便已經被用於塔金碳化物的獲取，雖然對產品的化學計量控制能力有限。
TaCx化合物的晶體結構為立方晶系，並隨著x值的改變而增大。
特性與應用
塔金碳化物的結構使其具有極高的硬度和脆性。其微硬度約為1,600至2,000 kg/mm²，相較於一般分鐘的塔金硬度（約110 kg/mm²）可謂卓越。它的導電性加上相對較高的超導轉變溫度，使其在高端應用中顯得尤為重要。這種物質以其出色的熔點、硬度和熱導率而著稱，是製造航空器和火箭的理想材料。
例如，Wang等人的研究中，以機械合金化加上反應熱壓燒結的方式合成了SiBCN陶瓷基材，在其中加入了TaC。經過球磨處理後，TaC的顆粒被磨至5納米，進而在950mpa的應力下促進了基材的斷裂韌性，提高至399.5 MPa，相較於傳統基材的127.9 MPa，這無疑是巨大的進步。這是由於TaC的熱膨脹係數與SiBCN氧化物基材的差異，使得裂縫能夠繞過顆粒吸收能量，增強了材料韌性。
此外，Wei等人以真空弧熔技術合成了新型的MoNbRe0.5W(TaC)x HEA基材。他們的結果顯示，在較高的TaC添加量下，材料的強度也有了明顯的改善，並且在 TEM 輻射下顯示出 BCC 張應和 MC 相的良好結合，這有助於降低晶粒尺寸，進一步增強了基材的強度。這一項研究的進展，無疑會推進高熵合金的應用潛力。
自然存在形式
天然的塔金碳化物則以一種極為罕見的礦物形式存在，這種礦物的結晶結構同樣為立方形，顯示了其在自然科學中的價值。
整體而言，塔金碳化物的高熔點以及其卓越性質的多樣性使其在材料科學和工業應用中扮演著重要角色。它的獨特特性為現代科技的發展提供了無限可能。又或者，未來還會出現哪些新型材料來挑戰塔金碳化物的地位呢？
