碳化鉭硬度大、熔點高、高溫性能好，主要用作硬質合金添加劑。添加碳化鉭能細化硬質合金的晶粒，是其熱硬度、抗熱沖擊和抗熱氧化等性能得到顯著提高。長期依賴多以單一的碳化鉭添加到碳化鎢（或碳化鎢與碳化鈦）中，與黏結劑金屬鈷混合、成型、燒結生產硬質合金。為了降低硬質合金成本，往往使用鉭鈮復合碳化物，目前主要使用的鉭鈮復合物有：TaC：NbC為80:20及60:40兩種，碳化鈮在復合物中的最高量達到40%（一般認為不超過20%為好）。

制備方法

TaC的制備方法有碳熱還原金屬氧化物、碳與Ta直接反應、金屬鹵化物與碳氫化合物的氣相反應等。

（1）還原法

制備工藝主要為：氧化鉭或碳粉末與碳混合，在高溫、氫氣保護下或真空條件下進行一次及二次碳化生成碳化鉭。需要進行二次碳化的原因是第一次碳化由于多種因素的影響，碳化不徹底，產品中的化合碳、游離碳及雜質等都難達到要求。二次碳化在真空條件下過量的碳與鉭生成碳化物。影響碳化物質量的主要因素有：配碳量、原料粒度與純度、裝料方式、碳化溫度、碳化時間、二次碳化等。上述方法只能制備塊狀或大顆粒狀的TaC。

從工業角度考慮，金屬氧化物的碳熱還原法是使用得最廣泛的一種方法，但其還原溫度在1500℃以上，反應速率十分緩慢，更高溫度反應時TaC顆粒容易長大，降低其力學性能。工業上，利用球磨法制備微米級碳化鉭粉末，方法是將固體碳球和五氧化二鉭混合后放在真空和氬氣氣氛中球磨，在1700℃的高溫下，進行還原和滲碳處理，可以得到粒度尺寸大于2μm的碳化鉭粉末。

為了加快反應速度，改善傳統方法的缺陷，微波還原法可以很好地提高粉末擴散速率，使反應溫度降低50-100℃，并縮短處理時間，節省能量，節約成本。其制備工藝為：Ta2O5+碳黑在1250℃-1500℃微波還原，加熱速度大于100℃/min，超過1400℃時，Ta2O5完成轉化為TaC，而沒有生成任何中間相或Ta的低價氧化物。

（2）化合法

化合法是一種常見的固相法制備TaC工藝。在一定的條件下，T啊和C發生化學反應直接生成TaC：

Ta（s）+C（s）→TaC（s）

陳為亮等[iii]在真空條件下，1500℃合成了TaC，研究了鉭粉的碳化機理發現，實際碳化溫度（1300-~2100℃）下，由于Ta2C的標準生成自由焓比TaC的小得多(約小52-57kJ/mol)，碳化初期生成Ta2C的趨勢很大。碳原子通過TaC層擴散進入Ta2C間隙中，Ta2C晶格中碳原子濃度逐漸提高，TaC層逐漸向Ta2C核心推進，最終完全轉化為單相TaC顆粒。

（3）化學氣相沉積法

CVD法制備TaC涂層需要用到源物質-TaCl5。TaCl5在500K時氣化，將氣化了的TaCl5做為氣源倒入CVD爐，與其他導入的還原氣氛一起沉積生成TaC，其反應過程如下：

TaCl5+CmHn+H2→TaC+HCl+H2

用CVD工藝制備TaC涂層時其工藝控制性好、可設計涂層成分和結構，但由于存在殘余熱應力，所制備涂層易出現裂紋。而且沉積TaC時易伴隨生成Ta2C，同時對設備性能的要求及維護較嚴格，制備成本高。

熱絲CVD也可用于制備TaC涂層。將Ta絲加熱到2000℃以上，激活氣體進行沉積，而由于Ta熔點高，高溫沉積時Ta絲不發生變形，沉積速率高。Tsutsumoto[iv]在啊H2-CH4氣氛中，30托壓力下，將φ0.5mm的Ta絲加熱到2500℃進行CVD。

（4）液相浸漬法

LPI是以焊Ta前驅體為浸漬劑，對胚體進行浸漬、固化，通過熱處理使含Ta前驅體轉化為TaC的過程。崔紅等[v]以研磨好的Ta2O5為原料粉末，利用超聲震蕩法使其均勻分布于樹脂匯總，浸漬一定密度的C/C材料（約0.5g/cm3），經固化、炭化、高溫熱處理等工序，制備TaC含量不同的C/C復合材料（密度達1.90g/cm3）。

此工藝的優點是材料中Ta2O5含量容易控制，工藝簡單，易于實現，成本低。缺點是需要高壓設備為使TaC達到一定含量，需要進行反復浸漬，工藝繁雜，周期長。此外由于浸漬劑有一定的粘度，難以浸入到坯體的微米、亞微米孔隙中，生成的TaC難以呈連續網狀分布，從而導致最終所制備材料有一定的孔隙度，材料的性能降低。

（5）溶膠-凝膠（sol-gel）

溶膠-凝膠法制備涂層的基本原理是將金屬醇鹽或無機鹽做為前驅體，溶于溶劑中形成均勻溶液，溶質與溶劑產生水解或醇解反應，反應生成物聚集成幾個納米左右的粒子，并形成凝膠，再以溶膠為原料對各種基材進行涂膜處理，溶膠膜經凝膠化及干燥處理后得到干凝膠膜，最后在一定溫度下燒結可得到所需涂層。

（6）有機前驅體熱分解炭化法

該工藝是以沸點較低的過渡金屬有機前驅體為原料，高溫下，使其分解，然后在H2和CH4的混合氣流中高溫炭化分解產物，制備碳化物的過程。Souza等[vi]從氧化鉭中合成了草酸鉭前驅體。在硫酸氫鈉中加熱氧化鉭使之溶解，將熔融產物溶于硫酸后，用氨水中和，生成Ta2O5·H2O沉淀，將陳定溶于等摩爾的草酸或草酸氨溶液中，制備草酸鉭前驅體，并在CH4-H2氣氛中進行熱解 、碳化，1000℃即可獲得TaC粉末。制備的TaC粉末在惰性氣氛中經1400℃、10h燒結后，致密度可達理論值的96%。

該工藝中，碳化時由于發生氣一固反應，降低了TaC生成溫度，比傳統炭熱還原Ta2O5制備TaC的溫度低500℃左右。但是，制備草酸擔前驅體的過程十分繁瑣，限制該工藝的廣泛使用。

碳化鉭的主要用途是硬質合金，電容器，電子器件、高溫構件、化工設備和穿甲彈等。

1.硬質合金

碳化鉭在硬質合金中發揮了重要作用，它通過改善纖維組織和相變動力學而提高合金性能，使合金具有更高的強度，相穩定性和加工變形能力。碳化鉭的熔點非常高（4000℃），熱力學穩定性好（熔點時△Gf=-154kj/mol）。鉭能夠特別有效地促進成核作用，防止凝固后期形成的核晶脆性薄膜中析出碳[i]。其作用主要為：（1）阻止硬質合金晶粒的長大；（2）與TiC一起形成WC和Co之外的第三彌散相，從而顯著增加硬質合金抗熱沖擊、抗月牙洼磨損及抗氧化的能力，并提高其紅硬性。

研究者對于TaC對WC-Co硬質合金的增強作用進行了大量的研究。林木壽認為添加TaC能提高γ相中W的固溶度[ii]；Suzuki H等認為TaC可擴大WC-Co合金兩相區寬度，因而可調節合金的碳含量[iii]；劉壽榮[iv]的研究表明，Ta在γ相中的固溶使W固溶度下降，而C在γ相中固溶度相應提高，因而TaC可稍微提高WC-Co合金的碳含量，同時TaC可延緩WC在γ相中溶解析出過程，可以阻止WC晶粒普遍長大。實際應用中，由于TaC在γ相中固溶度有限（w=0.3%），而人們通常在合金中所添加的TaC量都已遠遠超出此飽和固溶度值，TaC必然主要以TaC-WC固溶體形式析出而以游離態存在，但其晶粒尺寸(1μm～2μm)大于WC晶粒尺寸(<1μm)，因此，游離的TaC-WC固溶體晶粒不可能完全分布在WC-γ相界上。

TaC以不同的方式加入到合金中，也會極大的影響合金的性能。余振輝研究表面，TaC以TiC-TaC-W C固溶體相較之以單質形式加入到合金中，形成的WC核TiC-TaC-WC相有著較粗的亞晶尺寸和較小的微觀應變，且前者具有較好的物理力學性能和較長的切削壽命 。

2.電子工業

近年來，過渡金屬碳化物由于具有化學穩定性，硬度高，抗氧化及耐腐蝕能力強，電阻系數低等諸多優點而備受關注。碳化物納米材料在金屬涂層，工具，機器零部件以及復合材料等相關領域展現出了巨大的應用潛力。在所有的碳化物納米線材料中，碳化銀是最受歡迎的材料之一，也是潛力最大的材料之一。碳化鉭不但繼承了碳化物納米材料諸多優點，還具有其自身的獨特一面。如硬度高（常溫下莫氏硬度為9-10、熔點高（大約為3880℃）、楊氏模量高（283-550GPa）、導電性強（電導率25℃時為32.7-117.4μΩ·cm）、高溫超導（10.5K）、抗化學腐燭及熱震能力強、對氨分解及氫氣分離有很高的催化活性。

目前，通過碳熱還原法，熱等離子體，溶劑熱，溶膠凝膠，微波加熱，堿化物還原，自蔓延高溫合成以及高頻感應加熱燒結等方法，己經制備出了碳化鉭粉末及須狀碳化鉭。

3.高溫合金

在碳化物中，耐熔性最好的是碳化鉭（TaC）（熔點3890℃）和碳化鉿（HfC）（熔點3880℃），其次是碳化鋯（ZrC）（熔點3500℃）。在高溫下，這幾種材料機械性能極好，大大超過最好的多晶石墨，尤其碳化鉭，是在2900℃-3200℃溫度范圍內唯一能保持一定機械性能的材料，但其缺點是對熱震極為敏感，碳化物的低導熱系數和高熱膨脹系數，成為宇航材料中應用的最大障礙。而將碳化鉭加入到炭/炭復合材料中，將擁有更高的導熱性和更低的熱膨脹條件，發揮難熔金屬的抗氧化性和耐燒蝕性。