Главная страница

Карбід титану
Кристалічна решітка карбіду титану
Назва за IUPAC Титану карбід
Ідентифікатори
Номер CAS 12070-08-5
Номер EINECS 235-120-4
SMILES [CH3-].[Ti][1]
InChI 1S/CH3.Ti/h1H3;/q-1;
Властивості
Молекулярна формула TiС
Молярна маса 59,89 г/моль
Молекулярна маса 60 а. о. м.
Зовнішній вигляд сіро-чорний порошок
Густина 4,92 г/см³
Тпл 3257 °C
Ткип 4820 °C
Розчинність (вода) 10 мг/л
Структура
Кристалічна структура кубічна решітка типу NaCl
Координаційна
геометрія
восьмигранна
Геометрія α=0,430-0,433 нм
Термохімія
Ст. ентальпія
утворення
ΔfHo298
-209 кДж/моль
Ст. ентропія So298 24,7 Дж/(моль • К)
Теплоємність, cop 34,23 Дж/(моль • К)
Небезпеки
ГДК (Україна) 10 мг/м3
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Карбід титанухімічна сполука елементів Титан і Карбон з формулою TiC. Це поширений матеріал з високою температурою плавлення, високою твердістю (9—9,5 за шкалою Мооса), низьким електроопором, високою теплопровідністю, стійкістю до агресивних середовищ і до абразивного зношування.

Застосовується переважно у твердих сплавах, виробництві високоякісних інструментів, як покриття для покращення властивостей матеріалів та ін.

Історія

Традиційні вставки на основі карбіду вольфраму

Як сполука карбід титану відомий близько ста років. За цей час детально вивчені традиційні способи його одержання, його фізичні, механічні та хімічні властивості. В історії карбіду титану сталися три знаменні події, що призвели до збільшення в сотні разів його використання в техніці матеріалів.

Це, по-перше, розробка і швидкий розвиток промислового випуску безвольфрамових твердих сплавів на основі карбіду титану. Зараз останні ще поступаються за деякими показниками вольфрамовмісним твердим металам і не у всіх випадках можуть їх замінити. Однак безперервне вдосконалення твердих сплавів на основі карбіду титану і постійно зростаюча дефіцитність вольфраму роблять цей напрямок у застосуванні карбіду титану вельми перспективним.

По-друге, в окремий технічний напрямок виділилося нанесення на інструментальні, конструкційні та інші вироби покриття з карбіду титану. Розроблено близько десятка різних промислових методів нанесення покриттів з карбіду титану.

По-третє, карбід титану все ширше застосовується в абразивних матеріалах.

Одержання

З діоксиду титану

Більше 80% карбіду титану у виробничих умовах одержують з діоксиду титану (в основному через з порівняно низьку вартість і доступність TiO2).

Протягом останніх років вуглетермічний метод утримує домінуюче становище у виробництві карбіду титану. Головні причини – відпрацьована технологія, стандартне і недороге обладнання, порівняно дешева сировина.

Діоксид титану - сировина для одержання карбіду титану

В даному процесі суміш, що складається з 68,5% TiO2 і 31,5% сажі, піддається тривалому і ретельному перемішуванню в рідкому середовищі. Для зниження часу приготування суміші в чотири рази рекомендується проводити процес у вакуумі [2]. Суміш TiO2 із сажею набивається в графітовий патрон або пресується під тиском 1,5 • 107 Па у брикети, які завантажуються в графітові човники або тиглі. Карбідизація суміші проводиться в атмосфері водню у вугільно-трубчастих печах опору, у власній захисній атмосфері у вертикальних або вакуумних печах. У вугільно-трубчастих печах графітові човники безперервно просуваються в печі, температура якої 2000 °С. Подрібнений і просіяний карбід титану містить від 20 до 20,5% загального вуглецю, з яких 1,0–2,0% знаходиться у вигляді вільного вуглецю.

При вакуумній карбідизації реакція утворення TiC починається вже при 800 °С і швидко протікає при 1200-1400 °С. Остаточна витримка тривалістю 0,5 год проводиться при 1900-1950 °С. Карбід титану після подрібнення і просівання містить 19,5 до 20,3% від загального і 0,1-0,8% вільного вуглецю.

Отримати карбід титану із ступенем перетворення близьким до одиниці можна вже при 1900 °С, а при температурі вище 3070 °С, тобто вище температури плавлення TiC, спостерігається помітний тиск парів титану. Енерговитрати на утворення карбіду титану при 1200-3070 °С зростають лінійно.

Отримання карбіду титану з діоксиду титану протікає в декілька стадій відповідно до існування ряду оксидів титану: TiO2 → Ti2O3 → TiO → TiC. Остання стадія процесу ускладнюється утворенням безперервного ряду твердих розчинів TiO–TiC.

Були спроби отримати порошок карбіду титану з діоксиду за допомогою плазмохімічного синтезу в дуговій плазмі в середовищі аргону і водню[3]. Змінюючи умови синтезу, можна отримати карбід титану з вмістом зв'язаного вуглецю 10–20%.

Вуглетермічним методом виробляється більша частина загального випуску карбіду титану, але до теперішнього часу розроблено ряд методів, здатних конкурувати з цим способом як за економічними, так і за якісними показниками.

З порошку титану

Порошок титану - складова сировини для виробництва карбіду титану

Виробництво карбіду титану із суміші порошку титану з сажею залежно від технологічних умов може здійснюватися кількома способами:

  1. прямим синтезом без плавлення титану,
  2. псевдоплавленням;
  3. методом високотемпературного синтезу.

Прямий синтез зазвичай здійснюється в лабораторних умовах з метою отримання карбіду титану із заданим вмістом зв'язаного вуглецю при мінімальному вмісті вільного вуглецю і кисню. Карбідизація проводиться при залишковому тиску 10-2–10-3 Па і для отримання стехіометричного карбіду титану потрібне додавання в шихту титану надстехіометричного співвідношення Ti і С в карбіді титану для компенсації його втрат внаслідок випаровування. Високоякісний карбід титану можна отримати вже при 1600 °С. Спроби отримати якісний карбід титану із суміші титану з вуглецем при високих тисках (1–7) • 109 Па дали негативний результат. Встановлено, що вміст вільного вуглецю збільшується з ростом тиску[4][5].

Псевдоплавлений карбід титану отримують при взаємодії розплавлених частинок титану із сажею. Нагрівання суміші порошку титану з сажею, спресованою під тиском (1,5–1,6) • 107 Па у брикети діаметром і висотою 30–50 мм здійснюється за двоступінчастим режимом: поступовий підйом до температури 900 °С зі швидкістю 35–40 °С/хв, з подальшим переміщенням зразків в зону з температурою 2050 °С, яку вони проходять за 25 хвилин. Хімічний склад отриманого TiC: вміст зв'язаного вуглецю 18,5–19,9%; вільного 0,1–0,4%; кисню 0,1–0,3%[6].

З галогенідів титану

Розроблено велику кількість модифікацій цього методу одержання карбіду титану, що відрізняються між собою як за використанням вихідним реагентів, так і за технологічними умовами процесу[7]. Цим методом можна отримувати покриття, монокристали і волокна з карбіду титану.

Тетрахлорид титану

В якості галогену титану використовують, як правило, TiCl4 або TiI4, а вуглецьвмісні компоненти можуть представляти різні вуглеводні, феноли і т.д. Найчастіше застосовуються CH4, C2H4, CCl4 і C6H6.

Найчастіше при виробництві порошку карбіду використовується суміш TiCl4 + CH4 + H2. Незважаючи на те що вихід порошку TiC значно зростає (з 5 до 15 %) при заміні тетрахлориду титану[ru] тетрайодидом титану[en], застосування останнього не практикується у виробничих умовах через його високу вартість[8].

Для утворення карбіду титану необхідно вести процес в області температур 1200–1500 °С.

Вихід продукту збільшується зі зростанням концентрації метану, але тоді підвищується вміст вільного вуглецю в TiC. Для збільшення виходу карбіду титану рекомендується вводити в реакційну суміш невеликі кількості WCl6 або MoCl5, які стимулюють процес гомогенного зародження частинок, і пропускати вздовж реакційних трубок інертний газ з метою запобігання утворення відкладень. Однак кардинальним вирішенням проблеми є проведення процесу при більш високих температурах, наприклад з використанням плазми.

Плазмохімічним методом отримують ультрадисперсні порошки карбіду титану з унікальними властивостями. Плазмохімічний синтез забезпечує високу продуктивність процесу, так як в умовах низькотемпературної плазми реакція утворення карбіду титану протікає практично миттєво (10-2–10-6 с). До переваг цього методу відносяться простота технологічних схем і можливість створення замкнутих циклів[9].

В якості вуглецьвмісних компонентів можуть використовуватися метан, етан, бензен, бензин, толуен, чотирихлористий вуглець, галогензаміщені алкани і алкени, ароматичні вуглеводні[10], але частіше застосовують бензол і чотирихлористий вуглець. У цьому випадку спостерігається велика однотипність процесів синтезу TiC[11].

Плазмохімічні порошки карбіду титану (розмір часток 0,02–0,35 мкм) зазвичай мають склад, %: зв'язаний вуглець 18; вільний вуглець 1,5; кисень 1,4.

Плазмохімічний синтез технологічно складний (дуже високі температури синтезу, значна реакційна здатність і токсичність галогенідів титану), тому його використання при синтезі карбіду титану не завжди виправдане.

З відходів металообробної промисловості і бідної сировини

Використання відходів металообробного виробництва в якості вихідної сировини дозволяє значно знизити вартість карбіду титану. Крім того, промислове освоєння переробки відходів титану в карбід дозволить частково вирішити актуальну задачу, пов'язану з утилізацією некондиційних відходів титану та його сплавів.

Основну частину некондиційних відходів становить сильноокислена, забруднена рештками мастила і осколками твердосплавного інструменту стружка титану і його сплавів. Ефективної технології переробки таких відходів досі немає[12].

Технологія утилізації некондиційних відходів титану та його сплавів шляхом виробництва з них порошку карбіду титану, крім усього іншого, має наступну перевагу: значно спрощується технологічна схема підготовки відходів до переробки, оскільки непотрібне попереднє відновлення окисленої стружки і відділення від неї осколків твердосплавного інструменту.

Карбід титану отримують зі стружки титанових сплавів двома методами: 1) гідрогенізацією стружки, її подрібненням, дегідрогенізацією і карбідизацією, 2) карбідизацією суміші титанової стружки із сажею.

Ільменіт - різновид бідної сировини для виробництва карбіду титану

Вміст зв'язаного вуглецю в карбіді титану, отриманому зі стружки за схемою гідрогенізація → розмел → змішування з сажею → карбідизація, зазвичай не перевищує 17,6 %, а вміст вільного вуглецю становить 1,4–2,3 %. Іншими недоліками цього методу є значна тривалість процесу і використання вибухонебезпечних речовин.

В якості вихідного компонента для виробництва карбіду титану можна використовувати стружку не тільки технічно чистого титану (сплав BTI-O), а й легованих Al, V, Cr, Mo, Zr та іншими елементами титанових сплавів. При цьому режими карбідизації в основному не змінюються[13]. Вміст легуючих елементів в отриманому карбіді титану практично не змінюється в порівнянні з їх вмістом у вихідній стружці.

Карбід титану невисокої вартості можна отримувати і з бідних титанових руд, наприклад ільменіту або перовскіту (CaTiO3). Розроблений в США процес виробництва карбіду титану з титанвмісної сировини зі значною кількістю СаО включають наступні операції:

  1. Вибіркове відновлення оксидів заліза з ільменіту з подальшим виділенням заліза і отримання таким чином CaTiO3-шлаку з низьким вмістом Fe.
  2. Перетворення або титанового шлаку, або концентрату перовскіту в суміш карбідів титану і кальцію з подальшою екстракцією карбіду титану шляхом вимивання CaC2 водою з утворенням ацетилену і Са(ОН)2, який легко відділяється.

Отриманий карбід титану містить значну кількість СаО, Fe, SiO2, Аl2O3, тому він використовується тільки як сировина для виробництва тетрахлориду титану[14].

Карбід титану утворюється і при електроерозійній обробці титану в діелектричній рідині (наприклад, у трансформаторному мастилі)[15].

Одержання монокристалів карбіду титану

Монокристали TiC виготовляють декількома методами: рідкофазним, шляхом розчинення і плазмохімічним синтезом.

Рідкофазний методом отримують найчистіші і найбільші монокристали карбіду титану[16].

Метод отримання монокристалів карбіду титану плавленням не знайшов широкого застосування через високі енергетичні витрати і складність апаратурного оформлення.

Одним з малоенергоємних методів отримання монокристалів TiC є метод розчинення, який полягає у взаємодії розчинених у металевих або сольових розплавах атомів різних сполук титану і вуглецю з утворенням карбіду титану. В якості розчинника використовуються залізо, кобальт, нікель, алюміній і магній[17].

Одержання волокон і ниткоподібних кристалів карбіду титану

Волокна з карбіду титану отримують осадженням з газової фази, в якості якої використовуються TiCl4 + СхНу (пропан) + Н2; TiCl4 + CCl4 + Н2 або TiCl4 + nС3Н86Н6) + Н2[18][19][20]. Карбід титану може осаджуватись на графіт, молібден, вольфрам, кераміку при температурах 800-1600 °С, що визначаються складом газової суміші і матеріалом основи.

Тривалість одного процесу становить 0,5–4 год, а тиск в камері 105 Па.

Волокна карбіду титану з мінімальною кількістю дефектів отримують з найменш перенасичених середовищ, але в цьому випадку сповільнюється швидкість росту карбіду титану.

Ниткоподібні кристали з карбіду титану отримують шляхом протягування дроту через реактор, а також із суміші TiCl4 + CCl4 + Н2 при температурах 1250–1350 °С. У другому випадку довжина кристалів досягає 3 мм, а діаметр 20 мкм.

Фізичні властивості

Карбід титану є досить стабільною сполукою, свідченням чого служать високі температура плавлення і теплота утворення.

Теплопровідність карбіду титану при температурі нижче -173 °С збільшується із зростанням його дефектності за вуглецем[21], а при більш високих температурах відмінність в теплопровідності карбіду титану в області гомогенності нівелюється.

Коефіцієнт теплового розширення і питомий опір карбіду титану ростуть із збільшенням його дефектності за вуглецем, у той час як для абсолютного значення коефіцієнта Холла, коефіцієнта термо-е.р.с. і термічного коефіцієнта електроопору спостерігається протилежна картина. Таке зростання електроопору і коефіцієнта Холла із збільшенням температури свідчить про металічний характер провідності карбіду титану.

Карбід титану має порівняно низьку роботу виходу, яка різко знижується зі зменшенням вмісту в ньому зв'язаного вуглецю[22].

Молярна магнітна сприйнятливість карбіду титану при 20 °С змінюється в залежності від його дефектності за вуглецем в десятки разів (наприклад, до 10б для TiC0,95 складає ~ 5, а дня TiC0,70 ~ 100).

Коефіцієнт випромінювання карбіду титану в температурному інтервалі 1500-2400 °С складає ~ 0,7[22].

Після обробки карбіду титану цезієвою плазмою робота виходу електрона не змінюється, що свідчить про відсутність взаємодії TiC з плазмою[23]. З іншого боку, під дією нейтронного опромінення в зразках з карбіду титану TiC0,94 помічений значний приріст електричного опору і параметра решітки, збільшення об'єму на 0,3-0,5%[24].

На властивості міцності карбіду титану головний вплив здійснює пористість досліджуваних зразків і значно менше позначаються дефектність TiC за вуглецем, спосіб виготовлення і розмір зерен зразків. Наприклад, із збільшенням пористості зразків карбіду титану на 5% їх міцність зменшується вдвічі[22].

Деталі з карбіду титану погано зварюються. Найкращі результати отримані при дифузійному зварюванні зразків з карбіду титану в режимі: температура 1800 °С, тривалість 10 хвилин, залишковий тиск не більше 10 Па при питомому тиску 10 кПа[25].

Хімічні властивості

Карбід титану стійкий до дії соляної, сірчаної та фосфорної кислот і лугів, але розчиняється в царській водці і суміші азотної і плавикової кислот. З ростом дефектності за вуглецем карбід титану стає менш стійким в розчинах фосфорної і соляних кислот, що містять перекис водню.

Карбід титану володіє високою корозійною стійкістю в області потенціалів негативніше 0,05 в лужних і 0,7 в кислих розчинах.

Гідрид титану - продукт взаємодії карбіду титану з воднем

Взаємодія карбіду титану з іонами водню, що розряджаються на його поверхні, полегшується при збільшенні дефіциту вуглецю в TiC. Зі зміною вмісту зв'язаного вуглецю в карбіді титану при рівних умовах катодної поляризації утворюються різні сполуки карбіду титану з воднем: або тверді розчини водню в карбіді титану (карбогідриди змінного складу за воднем) або гідриди TiH2 і TiH. У перших двох випадках надалі водень може бути легко виведений з карбіду титану без руйнування його кристалічної решітки[26].

Для виробництва спечених виробів на основі карбіду титану безсумнівний інтерес представляють дані про змочуваність карбіду титану різними металами. Найбільш повної змочуваності можна досягти при використанні нікелю в аргоні і кобальту у вакуумі. Ці метали і найчастіше використовуються в твердих сплавах на основі TiC в якості зв'язки.

Карбід титану має порівняно високу стійкість проти окиснення. Інтенсивне окиснення TiC починається при температурах вище 1100 °С[27]. При окисненні карбіду титану на початковій стадії утворюється твердий розчин TiC-TiO, який перешкоджає подальшому окисненню. При температурах понад 1100 °С кисень дифундує через шар твердого розчину, утворюючи TiO[28].

При температурах вище 40 °С в середовищі хлору з карбіду титану утворюється хлорид титану, а в середовищі фтору — фторвуглецеві сполуки.

При високих температурах водяна пара окиснює карбід титану а в атмосфері СO2 або N2O. TiC розпадається, утворюючи діоксид титану[28].

Застосування

У твердих сплавах

Твердосплавне свердло

Понад 95% усього карбіду титану, що виготовляється у світі, іде на виробництво твердих сплавів[29].

Починаючи з 30-х років карбід титану почали вводити в тверді сплави системи WC-Со для підвищення твердості і зниження ямкового зношення. Фірма Firth Sterling Steel Corp. (США) випустила на світовий ринок сплави на основі системи WC-TaC-TiC-Со. Оскільки запаси танталу в Європі незначні, сплави WC-TaC-TiC-Со з 1932 по 1950 застосовувалися тільки в США. У післявоєнні роки ці матеріали зайняли домінуюче становище в обробці сталі. В основному сплави системи WC-TiC-Со використовуються для обробки сталей при високих швидкостях різання. Сплави з невеликими добавками карбіду титану можна застосовувати і для обробки матеріалів, що дають стружку надлому.

Дефіцитність і висока вартість вольфраму привели до необхідності створення та впровадження у виробництво нових, безвольфрамових сплавів, які не поступаються за властивостями промисловим металам марок ВК, ТК і ТТК. Використання безвольфрамових сплавів дозволить більшою мірою задовольнити зростаючі потреби різних галузей техніки в якісних інструментальних матеріалах.

Карбід титану, що має високу твердість і низьку густину, представляє особливий інтерес в якості замінника карбіду вольфраму. Перші промислові тверді сплави на основі карбіду титану являли собою твердий розчин TiC-Мо2С зі зв'язуючими металами, що містять 10-15% Ni, Ni-Cr, Ni-Мо або Ni-Мо2С[30]. Ці тверді сплави не знайшли промислового застосування насамперед через високу крихкість і низьку міцність. Однак після досліджень, що виявили значний вплив на властивості безвольфрамових твердих сплавів змочуваності карбіду титану рідкою фазою, ці сплави знову привернули увагу дослідників. Вміст молібдену в сплавах значно скоротили і частково або повністю вводили його в металеву зв'язку у вигляді NiMo, а в якості твердої складової використовували TiC[30].

Загалом розроблені зараз безвольфрамні тверді сплави за твердістю і зносостійкістю дещо перевершують, а за міцністю наближаються до твердих сплавів на основі WC, мають високу жароміцність і корозійну стійкість.

У карбідосталях

Велику групу матеріалів на основі карбіду титану представляють карбідосталі, які за властивостями і призначенням займають проміжне положення між швидкорізальними сталями і твердими сплавами. Карбідосталі в деяких випадках навіть перевершують тверді сплави за зносо- і термостійкістю, пластичністю. Цей клас матеріалів має найнижчий коефіцієнт тертя в порівнянні з будь-якими зносостійкими матеріалами, що застосовуються в промисловості зараз.

Карбідосталі поєднують твердість і зносостійкість карбіду титану з хорошими механічними властивостями сталі, наявність якої дає можливість проводити термічну обробку. Склад сталей вибирається з таким розрахунком, щоб отримати шукані фізичні та технологічні характеристики. Залежно від необхідних властивостей змінюється не тільки склад карбідосталі, а й технологія виготовлення виробів, особливо важливі в цьому аспекті стадії спікання і термічної обробки.

Карбідосталі добре проявили себе в різних галузях промисловості, включаючи автомобільну та авіаційну. Висока зносостійкість цього матеріалу дозволяє успішно використовувати його для виготовлення деталей машин: кулачків, сідел клапанів, деталей вальниць і т.д. З карбідосталей виготовляють елементи токарних верстатів, зносостійкість яких перевищує в 15-20 разів зносостійкість роликів зі швидкорізальної сталі[31].

Протягом багатьох років успішно експлуатуються інерціальні системи наведення ракет в літаках, забезпечені опорними валами, муфтами з карбідосталей[32].

У покриттях

Карбід титану є одним з найефективніших матеріалів, що використовується як зносостійке покриття. Це пов'язано насамперед з тим, що TiC найбільше задовольняє вимогам, які пред'являються до покриттів: високі зносостійкість і твердість при високих і низьких температурах; хороша хімічна стабільність; невеликий коефіцієнт тертя, хороше зчеплення з поверхнею матеріалу - основи; жаротривкість; мала схильність до холодного зварювання; здатність не руйнуватися під впливом механічних і теплових навантажень.

Абразивні матеріали на основі ТіС

Карбід титану характеризується високими хімічною інертністю до багатьох матеріалів, твердістю, теплопровідністю. Більша теплопровідність TiC в порівнянні з традиційними абразивними матеріалами (алундом і карборундом) дозволяє проводити обробку при вищих швидкостях і виключає ймовірність появи тріщин, припікання та інших макродефектів.

Зазвичай при виготовленні паст з карбіду титану в якості сполучних і поверхнево-активних речовин використовуються модифіковані ліпіди, різні вуглеводні і їх похідні, співвідношення яких змінюється залежно від конкретних умов застосування.

Статична абразивна здатність карбіду титану, яка в основному визначається мікротвердістю і міцністю частинок, перевищує абразивну здатність поширеного алунду і лише трохи поступається статичній абразивній здатності карбіду кремнію і дибориду кальцію[33].

Для всіх абразивних матеріалів зменшення розміру часток абразивного порошку приводить до зниження абразивної здатності матеріалу. Для карбіду титану між цими характеристиками спостерігається прямолінійна залежність[34].

Магнітно-абразивні матеріали на основі TiC

Першими магнітно-абразивними матеріалами (МАМ) були порошки матеріалів, що володіють магнітними властивостями і досить високою твердістю для здійснення абразивного різання (ферити, алсіфер і т.д.), а останнім часом розроблені композиційні МАМ, які значно переважають однорідні за абразивною здатністю. Композиційні МАМ складаються з феромагнітної і абразивної складових. У якості першої найбільше застосування знайшло залізо. До абразивної складової висунуті такі вимоги: високі твердість і крихкість, слабка взаємодія з феромагнітною основою при температурах синтезу МАМ.

МАМ на основі системи Fe-TiC володіють кращими магнітними і абразивними властивостями серед традиційних магнітно-абразивних матеріалів[35].

Каталізатори

Карбід титану нестехіометричного складу використовується в якості каталітичного матеріалу при синтезі аміаку, в реакціях гідрогенізації і дегідрування, при виробництві хлору і каустику[36][37][38].

Серед карбідів тугоплавких металів TiC за каталітичною активністю поступається тільки карбіду вольфраму при реакціях гідрогенізації і дегідрогенізації сполук різних класів, наприклад при розкладанні перекису водню і циклогексану, гідрогенізації етилену[38], реакціях 1,2-хлорбутану і 1,2-бутанолу[39].

Катоди

Карбід титану знайшов широке застосування в якості замінника графіту в електродах або в якості добавки до графіту. Електроди на основі карбіду титану використовують при кисневому різанні сталей під водою, електролізі водних розчинів, вакуумному випаровуванні алюмінію, електроконтактній обробці матеріалів, в якості термоелектродів термопар. Високі службові властивості електродів забезпечує хороша електропровідність карбіду титану в поєднанні з хімічною інертністю і непоганими характеристиками міцності.

У високотемпературних матеріалах

Карбід титану є основним компонентом наконечників (захисних чохлів), що використовуються для ізоляції термоелектродів металевих термопар від хімічного, ерозійного і механічного впливу навколишнього середовища.

В умовах плавки кольорових металів та їх сплавів (міді, бронзи, латуні) в індукційних печах наконечник зі сплаву TiC - 20% Со, що використовується спільно з платинородій-платиновою термопарою, має вищу стійкість у розплаві, термостійкість і жаротривкість при температурах 1100 °C порівняно з наконечниками з молібдену та кераміки[10].

Висока стійкість карбіду титану в розплавах металів і їх сплавах привернула пильну увагу матеріалознавців. Тиглі на основі системи TiC-ТiВ2 отримали широке поширення для плавлення металів.

Висока структурна стабільність плівок системи TiC-Аl2O3 забезпечує хорошу стабільність електроопору при високих температурах[40].

Конструкційні матеріали, зміцнені карбідом титану

В даний час набуло поширення зміцнення карбідом титану сплавів алюмінію, нікелю, титану, сталі та міді[41].

Карбід титану вводиться в матрицю механічним легуванням або додаванням твердих частинок TiC в розплавлений метал. Однак не завжди цими методами вдається домогтися рівномірного розподілу зміцнювальної фази в матриці. Проте розроблений метод, який дозволяє усунути цей недолік[42]. Карбід титану вводиться в розплав за допомогою пневматичної гармати, і залежно від тиску газів в струмінь можна вводити в матрицю до 7% (об'ємних) TiC.

Введення в литий алюміній частинок карбіду титану є перспективним для збільшення міцності і пластичних властивостей алюмінієвих сплавів. Оптимальна кількість добавки карбіду титану становить 5%, так як подальше збільшення його вмісту приводить до незначного підвищення його властивостей[43].

Серед інших тугоплавких сполук карбід титану здійснює найбільший вплив на властивості литого алюмінію, сприяючи підвищенню не тільки міцності, а й пластичності[43].

Фізіологічний вплив

Одноразове введення білим щурам 50 мг пилу TiC приводило до помірного потовщення міжальвеолярних перегородок, розростання сполучної тканини легень, посилення легеневого малюнку, гіперплазії лімфатичних фолікулів навколо бронхів і їх склерозу[44][45]. Вдихання пилу TiC протягом 5 місяців по 1 г на день у концентрації 400 - 800 мг/м3 викликало у щурів аналогічну реакцію в легенях.

Рекомендована гранично допустима концентрація карбіду титану становить 10 мг/м3[46].

Див. також

Примітки

  1. Titanium, methyl-
  2. Дзодзиев Г.Т., Граков В.Е., Калъков А.А. и др. — Порошковая металлургия, 1975, №9, с. 86-90. (рос.)
  3. Моисеев Г.К., Попов С.К., Овчинникова Л.A., Ватолин Н.А. – Известия АН СССР, Неорганические материалы, 1982, т. 18, № 9, с. 1521–1524. (рос.)
  4. Стасюк Л.Ф., Кислый П.С., Кузенкова М.А. и др. – Физика и техника высоких давлений, 1983, № 11, с. 13–15 (рос.)
  5. Стасюк Л.Ф., Кайдаш О.Н., Ткач В.П. – В кн.: Исследование и применение сверхтвердых и тугоплавких материалов. Киев: ОНТИ ИСМ АН УССР, 1981, с. 3–7 (рос.)
  6. Полищук B.C. – В кн.: Тугоплавкие соединения. Киев: ОНТИ ИПМ АН СССР, 1981, с. 23-29. (рос.)
  7. Yada К. – J. Electr. Microscopy, 1982, v. 31, № 4, p. 349-359. (англ.)
  8. Okaba J. – J. Ceram. Assoc. Jap., 1978, v. 86, № 11, p. 518-525. (англ.)
  9. Макаренко Г.Н., Миллер Т.Н. – В кн.: Карбиды и сплавы на их основе. Киев: Наукова думка, 1976, с. 5–9. (рос.)
  10. а б Косолапова Т.Я., Макаренко Г.Н., Зяткевич Д.Н – ЖФХО им. Д.И. Менделеева, 1979, т. 24, № 3, с. 328-333. (рос.)
  11. Богомолов А.М., Резвых В.Ф., Шуваев А.И и др. – В кн.: Дисперсные порошки и материалы на их основе. Киев: Наукова думка, 1982, с. 127-130. (рос.)
  12. Кипарисов С.С., Бескин А.Л., Петров А.И Переработка титанового скрапа. М., ЦНИИТЭИЦМ, 1984, 56 с. (рос.)
  13. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Падалко О.В. и др. – Порошковая металлургия, 1985, № 8, с. 12-16. (рос.)
  14. Eiger G.W., Hunter W.L., Mauser J.E. – Bureau of mines of USA department of the interior. Report of investigations 8497, p. 1-20. (англ.)
  15. Асанов У.А., Джиенбекова A.A., Касымалиев A.K, Петренко Ю.Я. – Изв. АН Киргизской ССР, 1981, № 5, с. 46-47. (рос.)
  16. Chermant J. – L.-Rev. Int. Hautes Temper, et Refract., 1969, t. 6, p. 299-312. (англ.)
  17. Попов В.Е., Гурин В.Н. – В кн.: Карбиды и сплавы на их основе. Киев: Наукова думка, 1976, с. 21-26. (англ.)
  18. Wokulski Z., Wokulski K. – J. Cryst. Growth, 1983, v. 62, № 2, p. 439-446. (англ.)
  19. Sugiyama K., Mizuno H., Motojima S., Takahashi Y. – J. Cryst. Grouth, 1979, v. 46, p. 788-793. (англ.)
  20. Kato A., Tamari N. – J. Cryst. Browth, 1980, v. 49, p. 199-204. (англ.)
  21. Андриевский Р.А., Уманский Я.С. Фазы внедрения. М.: Наука, 1977, 240 с. (рос.)
  22. а б в Самсонов Г.В., Упадхая Г.Ш., Нешпор B.C. Физическое металловедение карбидов. Киев: Наукова думка, 1974. 455 с. (рос.)
  23. Подчерняева И.А., Симан Н.И., Фоменко B.C. — В кн.: Низкотемпературная плазма в технологии неорганических веществ. Новосибирск; Наука, 1971, с. 54-57. (рос.)
  24. Ковальченко М.С., Роговой Ю.И., Келим В.Д. - Атомная энергия, 1972, т. 32, №4, с. 321-323. (рос.)
  25. Евтушенко O.B., Бурыкина A.A., Арчакова Г.Г. - Автоматическая сварка, 1970, №2, с. 50-51. (рос.)
  26. Панчешная В.П., Княжева В.М., Клименко Ж.В., Антонова М.М. - Защита металлов, 1980, т. 16, № 6, с. 684-691. (рос.)
  27. Самсонов Г.В., Эпик А.П. Тугоплавкие покрытия. М.: Металлургия, 1973, 399 с. (рос.)
  28. а б Войтович Р.Ф. Окисление карбидов и нитридов. Киев: Наукова думка, 1981. 192 с. (рос.)
  29. Storf R. Industrie - Anzeiger, 1980, Bd. 102, № 46, S. 21-24. (нім.)
  30. а б Egan E.J. Jr. - Iron Age, 1959, v. 183, №12, p. 101-105. (англ.)
  31. Гуревич Ю.Г., Фраге Н.Р., Савиных Л.М. — В кн.: Применение композиционных материалов на полимерных и металлической матрицах в машиностроении. Уфа, 1982, с. 27-29. (рос.)
  32. Ellis J.L. - Powder Metallurgy International, 1984, v. 16, № 2, p. 53-55.с (англ.)
  33. Безыкорнов А.И., Богомолов Н.И., Гуринчик И.И. и др. — Порошковая металлургия, 1971, №5, с. 65-69. (рос.)
  34. Попов В.Е., Вильк Ю.Н., Гурин В.Н., Чекрыгина ТМ. — Порошковая металлургия, 1981, № 8, с. 76-80. (рос.)
  35. Оликер В.Е., Жорняк А.Ф., Гридасова Т.Я. — Порошковая металлургия, 1983, № 10, с. 81-86. (рос.)
  36. Козлова Т.П., Митега А.П., Коваленко В.Н. и др. - Украинский химический журнал, 1976, № 5, с. 536-538. (рос.)
  37. Kharlamov А.I, Krivitskii V.P., Lemeshko N.D. - Reaction Kinetics and Catalysis Letters, 1981, v. 17, № 1-2, p. 63-67. (англ.)
  38. а б Kajima J., Miyazaki E., Inone Y. e.a. - Journal of Catalysis, 1979, v. 59, № 3, p. 472-474. (англ.)
  39. Шевченко C.A., Левлюк Л.П., Павлов C.M. - Порошковая металлургия, 1984, №6, с. 1-7. (рос.)
  40. Осипов К.А., Борович Т.Л., Мирошкина ЕМ. и др. - В кн.: Исследование и применение сплавов тугоплавких металлов. М.: Наука, 1983, с. 185-188. (рос.)
  41. Батуринская Н.Л., Кальчук H.A., Сервецкая М.Г., Черный В.Г. - Изв. АН СССР. Металлы, 1983, №3, с. 166-170. (рос.)
  42. Fleming R.P.M. - High Temperatures-High Pressures, 1982, v. 14,№ 2, p. 165-170. (англ.)
  43. а б Zielinski P.G., Ast D.G. - Journal of Materials Science Letters, 1983, № 2, p. 495-498. (англ.)
  44. Мигай К. Б. Научные труда институтов охраны труда ВЦСПС, 1969, вып. 61, с. 80—86. (рос.)
  45. Брахнова И. Т., Самсонов Г. В. Гигиена и санитария, 1970, № I, с. 42—45. (рос.)
  46. Брахиова И.Т. Токсичность порошков металлов и их соединений. Киев, «Наукова думка», 1971, с. 223. (рос.)

Джерела

  • Вісник Академії наук Української РСР. — Київ : видавництво Академії, 1975.
  • Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана: получение, свойства, применение. — Москва : Металлургия, 1987. — 216 с. (рос.)
  • Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей / Под. ред. Коц В. А., Либерман Н. Р., Томарченко С. Л. — 7. — Ленинград : Химия, 1977. — Т. 3. — С. 468-469. — 52000 прим. (рос.)
  • Туманов В. И. Свойства сплавов системы карбид вольфрама-карбид титана-карбид тантала-карбид ниобия-кобальт. — Москва : Металлургия, 1973. — 184 с. (рос.)
  • Свистун Л. И. Износостойкие спеченные композиционные материалы "металл-карбид титана". — Краснодар : КубГТУ, 2007. — 88 с. — ISBN 9785833302705. (рос.)
  • LaSalvia J. C. Production of dense titanium carbide by combining reaction synthesis with dynamic compaction. — San Diego : University of California, 1990. — 292 с. (англ.)
  • Krainer H. Physical Studies of Titanium Carbide and of Cemented Carbide Compositions Containing Titanium Carbide. — H. Brutcher, 1951. — 30 с. (англ.)

Шаблон:Кандидат в добрі статті