Titanium carbide: produksyon, komposisyon, layunin, mga katangian at mga aplikasyon

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2024-01-02 14:03

Ang Titanium carbide ay isa sa mga promising analogues ng tungsten. Ito ay hindi mas mababa sa huli sa mga tuntunin ng pisikal at mekanikal na mga katangian, at ang paggawa ng tambalang ito ay mas matipid. Ito ay pinakamalawak na ginagamit sa paggawa ng mga carbide cutting tool, gayundin sa industriya ng langis at pangkalahatang engineering, aviation at rocket.

Paglalarawan at kasaysayan ng pagtuklas

Ang Titanium carbide ay sumasakop sa isang espesyal na lugar sa mga transition metal compound ng Periodic Table of Chemical Elements. Ito ay nakikilala sa pamamagitan ng espesyal na katigasan, paglaban sa init at lakas, na tumutukoy sa malawakang paggamit nito bilang batayan para sa mga matitigas na haluang metal na hindi naglalaman ng tungsten. Ang chemical formula ng substance na ito ay TiC. Sa panlabas, ito ay isang light gray na pulbos.

Nagsimula ang produksyon nito noong 1920s, nang ang mga kumpanyang gumagawa ng mga incandescent bulbs ay naghahanap ng alternatibo sa mamahaling teknolohiya para sa paggawa ng mga tungsten filament. Bilang resulta, isang paraan para sa paggawa ng sementadong karbida ay naimbento. Ang teknolohiyang ito ay mas mura, dahil ang mga hilaw na materyales -Ang titanium dioxide ay mas abot-kaya.

Noong 1970, nagsimula ang paggamit ng titanium nitrite, na naging posible upang mapataas ang lagkit ng mga sementadong joint, at ginawang posible ng chromium at nickel additives na mapataas ang corrosion resistance ng titanium carbide. Noong 1980, isang proseso ang binuo para sa powder sintering sa ilalim ng impluwensya ng pare-parehong compression (pagpindot). Pinabuti nito ang kalidad ng materyal. Kasalukuyang ginagamit ang mga sintered carbide powder sa mga application kung saan kinakailangan ang mataas na temperatura, pagsusuot at paglaban sa oksihenasyon.

Mga katangiang kemikal

Ang mga kemikal na katangian ng titanium carbide ay tumutukoy sa praktikal na kahalagahan nito sa teknolohiya. Ang tambalang ito ay may mga sumusunod na katangian:

• paglaban sa HCl, HSO₄, H₃PO_{4, alkali;}
• high corrosion resistance sa alkaline at acid solution;
• walang pakikipag-ugnayan sa zinc melts, ang mga pangunahing uri ng metallurgical slag;
• aktibong oksihenasyon lamang sa mga temperaturang higit sa 1100 °C;
• natunaw na pagkabasa ng bakal, cast iron, nickel, cob alt, silicon;
• formation ng TiCl_{4 sa chlorine medium sa t>40 °C.}

Mga katangiang pisikal at mekanikal

Ang pangunahing pisikal at mekanikal na katangian ng sangkap na ito ay:

1. Thermophysical: punto ng pagkatunaw – 3260±150 °C; punto ng kumukulo - 4300 ° C; kapasidad ng init - 50, 57 J/(K∙mol); thermal conductivity sa 20 °C (depende sa nilalamancarbon) - 6.5-7.1 W/(m∙K).
2. Lakas (sa 20 °C): lakas ng compressive - 1380 MPa; lakas ng makunat (hot-pressed carbide) - 500 MPa; microhardness - 15,000–31,500 MPa; lakas ng impact - 9.5∙10⁴ kJ/m^{2; tigas sa Mohs scale - 8-9 units.}
3. Teknolohikal: rate ng pagsusuot (depende sa nilalaman ng carbon) – 0.2-2 µm/h; koepisyent ng friction - 0.4-0.5; mahina ang weldability.

Matanggap

Ang paggawa ng Titanium carbide ay isinasagawa sa pamamagitan ng ilang paraan:

• Carbon-thermal method mula sa titanium dioxide at solid carburizing materials (68 at 32% sa mixture, ayon sa pagkakabanggit). Bilang huli, ang soot ay kadalasang ginagamit. Ang hilaw na materyal ay unang pinindot sa mga briquette, na pagkatapos ay inilalagay sa isang tunawan. Nagaganap ang saturation ng carbon sa temperatura na 2000 °C sa isang proteksiyon na kapaligiran ng hydrogen.
• Direktang carbidization ng titanium powder sa 1600 °C.
• Pseudo-melting - pagpainit ng metal powder na may mga soot briquette sa two-stage scheme hanggang 2050 °C. Ang soot ay natutunaw sa titanium melt, at ang output ay carbide grains hanggang 1 thousand microns ang laki.
• Ignition sa vacuum ng pinaghalong titanium powder at carbon black (dating briquetted). Ang reaksyon ng pagkasunog ay tumatagal ng ilang segundo, pagkatapos ay pinalamig ang komposisyon.
• Plasma-chemical method mula sa halides. Ginagawang posible ng pamamaraang ito na makakuha ng hindi lamang carbide powder, kundi pati na rin ang mga coatings, fibers, solong kristal. Ang pinakakaraniwang halo ay titanium chloride, methane at hydrogen. Ang proseso ay isinasagawa sa isang temperatura1200-1500°C. Ginagawa ang daloy ng plasma gamit ang isang arc discharge o sa mga high-frequency generator.
• Mula sa titanium alloy chips (hydrogenation, grinding, dehydrogenation, carbonation o carbon black carbidization).

Ang produktong ginawa ng isa sa mga pamamaraang ito ay pinoproseso sa mga unit ng paggiling. Ang paggiling sa pulbos ay isinasagawa sa laki ng butil na 1-5 microns.

Mga hibla at kristal

Ang pagkuha ng titanium carbide sa anyo ng mga solong kristal ay isinasagawa sa maraming paraan:

1. Paraan ng pagtunaw. Mayroong ilang mga uri ng teknolohiyang ito: ang proseso ng Verneuil; pagguhit mula sa isang likidong paliguan na nabuo sa pamamagitan ng pagtunaw ng mga sintered rod; electrothermal method sa arc furnaces. Ang mga diskarteng ito ay hindi malawakang ginagamit dahil nangangailangan sila ng mataas na gastos sa enerhiya.
2. Paraan ng solusyon. Ang isang halo ng titanium at carbon compound, pati na rin ang mga metal na gumaganap ng papel na solvent (iron, nickel, cob alt, aluminum o magnesium), ay pinainit sa isang graphite crucible hanggang 2000 ° C sa isang vacuum. Ang metal na natutunaw ay pinananatili ng ilang oras, pagkatapos ay ginagamot ng mga solusyon sa hydrochloric acid at hydrogen fluoride, hinugasan at pinatuyo, pinalutang sa isang pinaghalong trichlorethylene at acetone upang alisin ang grapayt. Ang teknolohiyang ito ay gumagawa ng mga kristal na may mataas na kadalisayan.
3. Plasma-chemical synthesis sa isang reactor habang nakikipag-ugnayan ang isang plasma jet na may titanium halides TiCl₄, TiI_{4. Ang methane, ethylene, benzene, toluene at iba pa ay ginagamit bilang mapagkukunan ng carbon.haydrokarbon. Ang pangunahing kawalan ng pamamaraang ito ay ang teknolohikal na kumplikado at toxicity ng mga hilaw na materyales.}

Ang mga hibla ay nakukuha sa pamamagitan ng pag-deposition ng titanium chloride sa isang gaseous medium (propane, carbon tetrachloride na may halong hydrogen) sa temperaturang 1250-1350 °C.

Paglalapat ng titanium carbide

Ginagamit ang compound na ito bilang bahagi sa paggawa ng heat-resistant, heat-resistant at hard tungsten-free alloys, wear-resistant coatings, abrasive materials.

Titanium carbide carbide system ay ginagamit para sa mga sumusunod na produkto:

• mga kasangkapan para sa pagputol ng metal;
• bahagi ng mga rolling machine;
• mga crucibles na lumalaban sa init, mga bahagi ng thermocouple;
• furnace lining;
• jet engine parts;
• non-consumable welding electrodes;
• mga elemento ng kagamitan na idinisenyo para sa pagbomba ng mga agresibong materyales;
• abrasive pastes para sa pagpapakintab at pagtatapos ng mga ibabaw.

Ang mga bahagi ay ginawa ng powder metallurgy:

• sa pamamagitan ng sintering at hot pressing;
• sa pamamagitan ng slip casting sa plaster molds at sintering sa graphite furnace;
• sa pamamagitan ng pagpindot at sintering.

Coatings

Ang Titanium carbide coatings ay nagbibigay-daan sa iyo upang mapataas ang pagganap ng mga bahagi at sa parehong oras ay makatipid sa mga mamahaling materyales. Nailalarawan ang mga ito sa pamamagitan ng mga sumusunod na katangian:

• high wear resistance at tigas;
• katatagan ng kemikal;
• mababang coefficient ng friction;
• mababang propensidad para sa malamig na hinang;
• scale resistance.

Ang isang layer ng titanium carbide ay inilalapat sa base material sa maraming paraan:

• Deposition ng singaw.
• Pag-spray ng plasma o detonation.
• Laser cladding.
• Ion-plasma spraying.
• Electro-spark alloying.
• Diffusion saturation.

Ang Cermet ay ginawa din batay sa titanium carbide at nickel heat-resistant alloys - isang composite material na nagbibigay-daan sa pagtaas ng wear resistance ng mga bahagi sa liquid media ng 10 beses. Ang paggamit ng composite na ito ay nangangako para sa pagtaas ng buhay ng serbisyo ng pumping equipment at iba pang kagamitan, na kinabibilangan ng mga injection nozzle para sa pagpapanatili ng reservoir pressure, flare burner, drill bits, valves.

Carbidesteel

Tungsten at titanium carbide ay ginagamit para sa paggawa ng mga carbide steel, na sa kanilang mga katangian ay sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng mga hard alloy at high-speed na bakal. Ang mga refractory na metal ay nagbibigay sa kanila ng mataas na tigas, lakas at paglaban sa pagsusuot, at ang steel matrix - tibay at kalagkit. Ang mass fraction ng titanium at tungsten carbide ay maaaring 20-70%. Ang mga naturang materyales ay nakukuha sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng powder metallurgy na nakasaad sa itaas.

Carbide steels ay ginagamit para sa produksyon ng mga cutting tool, pati na rin ang mga bahagi ng makina,gumagana sa mga kondisyon ng malakas na mekanikal at kinakaing unti-unting pagkasira (mga bearings, gears, bushings, shafts at iba pa).