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神秘的結構：塔金碳化物的立方晶體有何奇妙之處？
塔金碳化物 (TaC) 是一類由鉭和碳組成的二元化合物，具有獨特的結構和顯著的物理特性，尤其在工業應用中展現出其巨大的潛力。這些化合物的經驗公式為 TaCx，其中 x 通常介於 0.4 到 1 之間。塔金碳化物以其難以置信的硬度、脆性、耐高溫性，以及金屬電導率而聞名，並且常作為陶瓷材料被加工和使用。
幾乎所有鉭碳化物的應用都源自其特殊的物理特性，尤其在超高溫陶瓷和工具材料的需求日益增長。
製備過程
製備所需成分的 TaCx 粉末通常是通過加熱鉭粉和石墨粉的混合物來實現，這一過程在真空或惰性氣體 (如氬氣) 的環境中進行，最高可達 2,000 °C。在某些情況下，使用的是 1,500 至 1,700 °C 的溫度範圍內的氫氣氛或真空條件來還原鉭五氧化物，這一過程在 1876 年首次被應用於製得塔金碳化物。
晶體結構特徵
對於 x 在 0.7 至 1.0 的範圍內，TaCx 形成立方 (岩鹽) 晶體結構，且隨著 x 的增加，晶格參數也會相應增加。對於 TaC0.5，其具有兩種主要的結晶形式；較穩定的形式為反鎘碘化鉀型三方晶體結構，並在約 2,000 °C 的溫度下轉變為六方晶格，這一過程使得碳原子間無長程順序。
這種結構的複雜性和穩定性，為 TaC 提供了卓越的機械性能和電性特徵。
特性與性能
塔金碳化物的性質相當引人注目。它們在硬度和彈性模量上都表現出色，TaC 的顯微硬度可達 1,600 至 2,000 kg/mm2，而彈性模量則約為 285 GPa，相比之下，鉭的對應值分別為 110 kg/mm2 和 186 GPa。此外，塔金碳化物也具備金屬電導性，並且在 10.35 K 的相對高轉變溫度下可作為超導體。
應用領域
基於其優異的物理性質，塔金碳化物在多種工業領域中擁有廣泛的應用。它們常作為超高溫陶瓷 (UHTCs) 的燒結添加劑，並用於高熵合金 (HEAs) 中作為陶瓷增強材料。科研人員開發的 SiBCN 陶瓷基體中添加了 TaC，通過機械合金化加上反應熱壓燒結的方法製得的複合材料，顯示了優異的耐磨性和斷裂韌性。
將 TaC 粉末添加到陶瓷基體中使得其斷裂韌性顯著提高，這是由於塔金碳化物的熱膨脹係數較高，能有效吸收生成的裂縫能量。
自然存在
塔金碳化物在自然界中也以自然形式存在，稱為塔金碳化物礦物。這是一種立方體、極為稀有的礦物，其自然存在的特性為科學研究提供了重要的資料來源。
塔金碳化物的獨特結構及其在科學與工業領域中廣泛的應用，讓人自然會對它產生更深的興趣。究竟未來會有多少新的應用和技術被開發出來來利用這種神秘的材料呢？
