что такое карбид титана

Карбид титана

кубическая решетка (типа NaCl)

параметр решетки 0.43270 нм

пространственная группа Fm3m

Карбид титана — соединение углерода и металлического титана (хим.формула TiC). Это порошок, имеющий светло-серый оттенок и отличающийся особыми прочностными характеристиками (9 по шкале Мооса,

30 ГПа), жаропрочностью и стойкостью к действию некоторых кислот (серной и соляной). Однако карбид титана растворим в «царской водке», а также в смесях плавиковой (HF) и азотной (HNO3) кислот и расплавах щелочей. Компонент жаропрочных, жаростойких и твердых сплавов, абразивный материал; его используют для нанесения износостойких покрытий, для изготовления тиглей и чехлов термопар, стойких к расплавлению металлам, для футеровки вакуумных высокотемпературных печей.

Получение

Получить карбид титана можно в виде:

Монокристаллы можно получать:

Порошки можно получать из различных реагентов.

— плавление смеси оксидов с углеродом

Получение из порошка Ti:

— прямой синтез без плавления

Получение из галогенидов Ti:

Получение из оксидов Ti:

— карбидизация смеси титановой стружки с сажей

Получение из бедного сырья

Возможные методы получения:

В связи с низкой стоимостью и легкодоступностью TiO₂ в производственных условия карбид титана чаще всего получают именно из него

Последний этап цепочки реакций выглядит следующим образом:

Источник

Свойства и применение карбидов титана

Карбид титана с 20,05% связанного углерода представляет собой в твердом состоянии светлосерый металлический порошок. Карбид титана химически устойчив, не растворяется в соляной и серной кислотах, легко растворим в смеси азотной и плавиковой кислот; свободный углерод (графит) при этом не растворяется. Карбид титана растворяется также в щелочных окисляющих расплавах. В азотсодержащих атмосферах при 1500° образуются нитриды. При высоких температурах под воздействием хлора образуются оксихлориды.

Карбид титана, полученный методом наращивания, разлагается при нагреве в вакууме выше 1000°, причем освобождаются заметные количества водорода. В атмосфере, содержащей O2, CO2 и N2O, карбид титана распадается с образованием двуокиси титана; N2, H2 и CO почти не влияют.

Карбид титана кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке (тип NaCl, Bl). Найденные различными исследователями периоды решетки TiIC существенно расходятся, так как весьма трудно получать образцы с теоретическим содержанием углерода, не загрязненные кислородом и азотом. Наиболее надежное значение 4,319 А.

Плотность карбида титана 4,93—4,90. Расчетная плотность (по результатам рентгеновских измерений решетки) 4,938 г/см3.

Твердость карбида титана составляет 9—10 по шкале Mooca. Исследования автора показали микротвердость карбида титана 3200 кг/мм2 (нагрузка 50 г). Хиннюбер нашел при нагрузке 20 г такую же величину.

Относительно прочности при изгибе, жаропрочности и стойкости против теплосмен (термостойкость) см. гл. XV.

Модуль упругости карбида титана определен в 32 200 кг/мм2. Сжимаемость — порядка 4,7*10в-7 см2/кг. Температура плавления определена Фридериком и Зиттигом в 3160+100°, Агте и Моерсом — 3140+90°, Глезером в 3250°. Точка кипения 4300°.

По новейшим данным, теплопроводность карбида титана оставляет 0,041 кал/см*сек*град. Термодинамические данные приведены в ряде работ.

Карбид титана, как и другие родственные карбидные фазы, имеет низкую магнитную восприимчивость. Для образцов чистых по железу она не зависит от температуры и магнитного поля.

Способность карбида титана к эмиссии не имеет практического значения.

В табл. 22 приведены некоторые свойства горячепрессованного TiC.

Карбид титана наряду с карбидом вольфрама — важнейший материал в производстве металлокерамических твердых сплавов.

Твердые сплавы для обработки стали и других материалов, образующих сливную стружку, а также сплавы высокой твердости и износостойкости (но хрупкие), содержат, кроме карбида вольфрама, до 60% карбида титана. В последнее время усиленно разрабатываются жаропрочные и жаростойкие твердые сплавы на базе карбида титана с кобальтовой или хромоникелевой связкой.

Применение карбида титана в качестве электродов дуговых ламп, защитных покрытий, материала для тиглей и т. п. — сейчас уже пройденный этап. Также не имеет значения применение карбида титана в качестве раскислителя.

Источник

Карбид титана: свойства и применение

Титан – это высокопрочный материал. По физико-химическим свойствам его можно сравнить даже с вольфрамом. Однако производство такого материала будет значительно дешевле. Титан славится своими характеристиками. Он отлично противостоит любым процессам коррозии, является легким и прочным. Чаще всего его используют в областях промышленности и производства, в которых важны не только механические качества, но и небольшая масса.

Карбид титана является разновидностью этого материала. Его используют во время производства режущих инструментов с твердосплавными качествами. Также продукция применяется в машиностроении, производстве ракет и авиационных элементов, на нефтяном производстве.

История

Производство карбида титана дало возможность предприятиям затрачивать меньше денег на изготовление разной продукции. Впервые такой материал начали применять в 20-х годах прошлого столетия. Сначала он использовался для производства нитей, применяемых в лампах накаливания. Изделия из вольфрама считались слишком дорогостоящими. Тогда химики разработали для них более дешевый аналог. Вещество создали из двуокиси титана.

С тех пор производство материала только улучшалось. В него начали добавлять никель и хром. Эти вещества повлияли на стойкость продукции к коррозийным процессам. Также ученые открыли, что если во время нагревания подвергнуть материал еще и равномерному прессованию, то его прочностные характеристики значительно улучшатся.

Свойства

Химическая формула карбида титана – TiC. Этот материал может похвастаться высокой жаропрочностью и твердостью, устойчивостью к внешним воздействиям. Его часто используют в качестве основного материала во время производства сплавов, в которых отсутствуют вольфрамные соединения. Добавлять вещество в сплав легко, ведь оно представлено в виде порошка. Обычно он имеет светлый или темный серый цвет.

Характеристики карбида титана позволяют использовать его при производстве изделий, которые постоянно подвергаются повышенному износу, окислению или нагреву. Материал может противостоять воздействию щелочей и агрессивных кислот. Он не вступает во взаимодействие с расплавами цинка или разнообразными металлургическими шлаками.

Чтобы расплавить карбид титана, необходимо достигнуть температуры в 3260 градусов по Цельсию. Кипения вещество достигнет при температуре в 4300 градусов. Материал обладает отличной теплопроводностью, высокими прочностными характеристиками и свойствами вязкости.

Применение

Карбид титана используется во многих отраслях производства. Его применяют для создания высокопрочных и жаростойких сплавов, абразивных материалов, износостойких покрытий. Материал может быть обработан разными способами – от спекания и горячего прессования до шликерного литья. Из подобных веществ изготавливают следующую продукцию:

Из карбида титана не только изготавливают разнообразные изделия. Вещество применяют и для нанесения покрытия на другие материалы. Оно позволяет значительно повысить физико-химические свойства продукции, увеличить ее твердость и стабильность, уменьшить коэффициент трения. Кроме того, к полученным качествам материала после покрытия карбидом титана можно отнести и окалиностойкость и уменьшенную склонность к холодной сварке.

Нанести слой карбида титана на любую поверхность можно сразу несколькими способами. Конкретный метод выбирают с учетом основного используемого материала, особенностей производства и его стоимости.

Источник

Карбид титана: производство, состав, назначение, свойства и применение

Карбид титана является одним из перспективных аналогов вольфрама. Он не уступает последнему по физико-механическим свойствам, а изготовление этого соединения является более экономичным. Наиболее широко он применяется при производстве твердосплавного режущего инструмента, а также в нефтяном и общем машиностроении, авиационной и ракетной промышленности.

Описание и история открытия

Карбид титана занимает особое место среди соединений переходных металлов периодической системы химических элементов. Он отличается особой твердостью, жаростойкостью и прочностью, что и определяет его широкое применение в качестве основы для твердых сплавов, не содержащих вольфрам. Химическая формула этого вещества – TiC. Внешне оно представляет собой порошок светло-серого цвета.

Вам будет интересно: Станки для мебельного производства: виды, классификация, производитель, характеристика, инструкция по использованию, спецификация, установка и особенности эксплуатации

Вам будет интересно: Маркировка люминесцентных ламп: обозначение, классификация и расшифровка

Его производство началось в 20-е годы XX в., когда компании, занимающиеся выпуском лампочек накаливания, искали альтернативу дорогостоящей технологии изготовления вольфрамовых нитей. В результате был изобретен способ получения цементированного карбида. Данная технология была менее затратной, так как сырье – двуокись титана, было более доступным.

В 1970 г. началось применение нитрита титана, что дало возможность увеличить вязкость цементированных соединений, а добавки из хрома и никеля позволили повысить коррозионную стойкость карбида титана. В 1980 г. был разработан процесс спекания порошка под воздействием равномерного сжатия (прессования). Это позволило улучшить качество материала. Спеченные твердосплавные порошки в настоящее время применяются в тех областях техники, где требуется высокая устойчивость к температурам, износу и окислению.

Химические характеристики

Химические свойства карбида титана определяют его практическое значение в технике. Это соединение обладает следующими характерными особенностями:

Физико-механические свойства

Основными физико-механическими характеристиками данного вещества являются:

Получение

Производство карбида титана осуществляется несколькими методами:

Продукт, изготовленный одним из этих способов, обрабатывают в размольных агрегатах. Измельчение в порошок производится до размеров частиц 1-5 мкм.

Волокна и кристаллы

Получение карбида титана в виде монокристаллов проводится несколькими способами:

Волокна получают путем осаждения хлорида титана в газовой среде (пропан, тетрахлорметан в смеси с водородом) при температуре 1250-1350 °C.

Применение карбида титана

Данное соединение используется в качестве компонента при изготовлении жаропрочных, жаростойких и твердых безвольфрамовых сплавов, износостойких покрытий, абразивных материалов.

Твердосплавные системы с карбидом титана применяются для производства следующих изделий:

Детали изготавливают методами порошковой металлургии:

Покрытия

Покрытия из карбида титана позволяют увеличить эксплуатационные характеристики деталей и одновременно сэкономить на дорогостоящих материалах. Для них характерны следующие свойства:

Слой карбида титана наносится на основной материал несколькими способами:

На основе карбида титана и никелевых жаропрочных сплавов делают также кермет – композиционный материал, который позволяет увеличить износостойкость деталей в жидких средах в 10 раз. Использование этого композита перспективно для увеличения срока службы насосного оборудования и другой техники, к которым относятся нагнетательные штуцеры для поддержания пластового давления, факельные горелки, буровые долота, запорная арматура.

Карбидостали

Карбиды вольфрама и титана применяются для изготовления карбидосталей, которые по своим свойствам занимают промежуточное положение между твердыми сплавами и быстрорежущими сталями. Тугоплавкие металлы обеспечивают им высокую твердость, прочность и износо­стойкость, а стальная матрица – вязкость и пластичность. Массовая доля карбида титана и вольфрама может составлять 20-70 %. Такие материалы получают методами порошковой металлургии, указанными выше.

Карбидостали используются для производства режущего инструмента, а также деталей машин, работающих в условиях сильного механического и коррозионного износа (подшипники, зубчатые колеса, втулки, валы и другие).

Источник

Карбид титана

Общие сведения

Данное вещество представляет собой соединение углерода и металлического титана (хим.формула TiC). Титана карбид — это порошок, имеющий оттенок и отличающийся особыми прочностными характеристиками, жаропрочностью и стойкостью к действию некоторых кислот (серной и соляной). Однако карбид титана растворим в «царской водке», а также в смесях плавиковой (HF) и азотной (HNO₃) кислот и расплавах щелочей.

Впервые это вещество было получено еще в 1887 году путем обработки титанистого чугуна в соляной кислоте. Как выяснилось, образовавшийся материал был очень хрупким и твердым, с хорошей электропроводностью и жаропрочностью. Причем по последнему параметру карбид титана превосходит все известные тугоплавкие карбиды, поскольку плавится при температуре более 3000°С. В настоящее время это вещество получают при прокаливании титана диоксида с сажей в особых индукционных печах.

Применяют титана карбид в качестве составного элемента твердых металлокерамических сплавов, при производстве режущих инструментов, в качестве электродного материала и для изготовления абразивных паст.

Технические характеристики

Данное вещество — одно из самых химически устойчивых, способно выдерживать резкие температурные скачки. Плавится титана карбид без разложения, а при нагревании в вакуумной среде свыше 3000°С выделяет пары, содержащие повышенное количество титана. Понижение же электропроводности при увеличении температуры указывает на явный металлический характер этого соединения.

Процентное содержание составляющих элементов материала может несколько варьироваться, но наиболее распространенное вещество, используемое для получения электродного сплава, имеет следующие значения.

Можно выделить такие основные технико-эксплуатационные параметры титана карбида, как:

Основные физико-химические показатели титана карбида:

Производственные характеристики этого соединения, как и других сплавов титана, регламентируются ГОСТом 19807–74 и ТУ 6-.

Сферы применения

Особые твердость и жаропрочность позволяют успешно использовать титана карбид при получении сплавов, из которых изготавливаются лопасти газовых турбин, детали авиационных двигателей, особые защитные покрытия реактивных сопел и других частей ракет. Добавление этого вещества значительно увеличивает прочность и долговечность нержавеющих и жаропрочных стальных сплавов, существенно повышает их свариваемость. А из сплава титана карбида и вольфрама делают разного рода детали оборудования для перекачки расплавов натрия, выдерживающие повышенные значения давления (более 8 атм.) и температуры.
Кроме того, этот материал широко применяется в производстве абразивных паст для обработки полупроводников, металлов и диэлектриков, в шлифовании и при разработке режущих инструментов для вязких соединений. Изготовленное из титана карбида оборудование позволяет в несколько раз ускорить обработку разного рода сталей и увеличить производительность труда горной, металлообрабатывающей и рудной промышленностях. Помимо этого, таким инструментом можно без труда выполнять обработку вязких материалов, с которыми не справляются»классические» резцы.
Используют титана карбид и в инструментальной промышленности для производства защитных экранов, тиглей, электродов термопар и дуговых ламп, а также в оборудовании для электрокислородной подводной резки металлов, в частности — стали, и в качестве наполнителя для алмазных инструментов. Однако применение нагревательных элементов при напылении, например, на разного рода пластмассы алюминиевых покрытий несколько затруднено в силу особенностей резки трубчатых электродов тугоплавкими соединениями.

Титана карбид как электродный материал

Особое значение имеет использование этого вещества в электродной отрасли. Электроды на основе данного материала применяют при электролизе всевозможных водных растворов, при испарении в вакууме и в подводной резке. Титана карбид часто является специализированной добавкой к графиту или его полноценной заменой и комбинируется с ртутными электродами. Он служит катализатором разложения амальгамы натрия, а при электрокислородном резании под толщей воды позволяет в несколько раз понизить удельный расход вещества электродов.

Резка электродами дает возможность получить особо ровный срез высокого качества, что достигается за счет устойчивого горения и легкого дугового возбуждения. При добавлении этого вещества в графитовые электроды значительно повышается их эффективность при электролизах водных растворов. А при повышении содержания титана карбида до 30% наблюдается существенное снижение перенапряжения, и выделяется не только кислород, но водород. Однако если процентное содержание титана карбида будет выше тридцати процентов, дальнейшего снижения перенапряжения не последует.

электроды и тигли в основном применяют для испарения в вакуумной среде различных легкоплавких соединений без добавления иных материалов.

Источник