碳化鈦
中文名：碳化鈦
CAS：12070-08-5
中文別名：碳化鈦;超細(xì)碳化鈦微粉;碳化鈦,99.5%(METALSBASIS);碳化鈦濺射靶,50.8MM(2.0IN)DIAX3.18MM(0.125IN)THICK,99.5%(METALSBASIS);碳化鈦濺射靶,76.2MM(3.0IN)DIAX3.18MM(0.125IN)THICK,99.5%(METALSBASIS);碳化鈦濺射靶,50.8MM(2.0IN)DIAX6.35MM(0.250IN)THICK,99.5%(METALSBASIS);碳化鈦濺射靶,76.2MM(3.0IN)DIAX6.35MM(0.250IN)THICK,99.5%(METALSBASIS);碳化鈦(METALSBASIS)
英文名：Titanium carbide
性質(zhì)：熔點(diǎn);3140℃(lit.) 沸點(diǎn);4820℃(lit.) 密度;4.930 g/mL at 25℃(lit.) RTECS號(hào) XR1903500 閃點(diǎn);4820°C 形態(tài) Powder 顏色 gray 水溶解性;Soluble in nitric acid and aqua regia. Insoluble in water. 穩(wěn)定性 Stable. EPA化學(xué)物質(zhì)信息 Titanium carbide (TiC)(12070-08-5)
用途：概述 碳化鈦是典型的過(guò)渡金屬碳化物[1]，具有NaCl型立方晶系結(jié)構(gòu)[2]，同時(shí)擁有高熔點(diǎn)、高硬度、高楊氏模量、高化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨和耐腐蝕、良好的電導(dǎo)和熱導(dǎo)等特性，因此其在切削刀具、宇航部件、耐磨涂層、泡沫陶瓷和紅外輻射陶瓷材料等方面有著廣泛的用途和巨大的潛力。 物理性質(zhì) 外觀(guān)與性狀：灰色金屬狀面心立方晶格固體，質(zhì)硬（硬度大于9，僅次于金剛石）顯微硬度2850 kg/mm2； 熔點(diǎn)：3140±90℃ 沸點(diǎn)：4820℃ 相對(duì)密度：4.93 溶解性：不溶于水、鹽酸和硫酸，溶于王水、硝酸和氫氟酸混合液 導(dǎo)電導(dǎo)熱性：具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，其導(dǎo)電性隨溫度升高而降低 表1 TiC的物理性能圖1 TiC的晶體結(jié)構(gòu)圖 化學(xué)性質(zhì) 在低于800℃時(shí)對(duì)空氣穩(wěn)定，在800℃時(shí)被氧化的速度緩慢，但粉末狀 TiC在O2中于600℃便可燃燒生成TiO2和CO2。高于2000℃時(shí)受空氣侵蝕， 1150℃時(shí)能與純O2反應(yīng)[3]，生成TiO2和CO。 加熱時(shí)易與鹵素、氧和氮起作用。 與熔融堿起反應(yīng) 在 H2氣中加熱至1500℃以上時(shí)逐漸發(fā)生脫C作用。 與N2氣在1200℃以上發(fā)生反應(yīng)形成可變組成的混合碳氮化鈦Ti(C，N)。 不與水作用，但在700℃以上時(shí)可與水蒸汽作用生成 TiO2、CO和H2。 與CO不發(fā)生作用，與CO2在1200℃發(fā)生反應(yīng)生成TiO2和 CO。 制備方法 1、碳熱還原法：用碳黑還原TiO2，反應(yīng)溫度范圍在1700-2100℃，化 學(xué)反應(yīng)式為： TiO2(s)+3C(s)=TiC(S)+2CO(g) 2、直接碳化法：利用Ti粉和炭分反應(yīng)生成TiC?；瘜W(xué)反應(yīng)式為： Ti(s)+C(s)=TiC 由于很難制備亞微米級(jí)金屬Ti粉, 該方法的應(yīng)用受到限制，上述反應(yīng)需5-20 小時(shí)才能完成, 且反應(yīng)過(guò)程較難控制, 反應(yīng)物團(tuán)聚嚴(yán)重, 需進(jìn)一步的粉磨加工 才能制備出細(xì)顆粒TiC 粉體。為得到較純的產(chǎn)品還需對(duì)球磨后的細(xì)粉用化學(xué)方 法提純。此外，由于金屬鈦粉的價(jià)格昂貴，使得合成TiC 的成本也高。 3、化學(xué)氣相沉積法[7]：該合成法是利用TiCl4，H2和C之間的反應(yīng)。反 應(yīng)式為： TiCl4(g)+2H2(g)+C(s)=TiC(g)+4HCl(l) 反應(yīng)物與灼熱的鎢或炭單絲接觸而進(jìn)行反應(yīng)，TiC晶體直接生長(zhǎng)在單絲上，用 這種方法合成的TiC粉體，其產(chǎn)量、有時(shí)甚至質(zhì)量嚴(yán)格受到限制, 此外, 由于 TiCl4和產(chǎn)物中的HCl 有強(qiáng)烈的腐蝕性，合成時(shí)要特別謹(jǐn)慎。 4、溶膠凝膠法：一種借助溶液使物料充分混合、分散而制備出小顆 粒尺寸產(chǎn)物的方法。具有化學(xué)均勻性好、粉體粒度小且分布窄、熱處理溫度較 低等優(yōu)點(diǎn), 但合成工藝復(fù)雜、干燥收縮較大。 5、微波法 以納米TiO2和碳黑為原料，利用碳熱還原反應(yīng)原理，利用微波能對(duì)材料加熱。 實(shí)際上是利用材料在高頻電場(chǎng)中的介質(zhì)損耗，將微波能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使納米 TiO2和碳合成TiC，其化學(xué)反應(yīng)式如下： TiO2+3C=TiC+2CO(g) 6、爆炸沖擊法 將二氧化鈦粉末與碳粉按一定比例混合，壓制成Φ10mm×5mm的圓柱制備前驅(qū) 體，密度為1.5g/cm3，實(shí)驗(yàn)室裝入金屬約束外筒內(nèi)。放入自制密閉爆炸容器中 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，爆炸沖擊波作用后收集爆轟灰。經(jīng)過(guò)初步的篩濾，去除掉鐵屑等大 塊雜質(zhì)，得到黑色粉末。黑色粉末經(jīng)王水浸泡24h后變?yōu)楹稚?，最后放入馬弗 爐中，在400℃下煅燒400min，最終得到銀灰色粉末。 7、高頻感應(yīng)碳熱還原法 將顏料級(jí)二氧化鈦粉和木炭粉按摩爾比為 1∶3 和 1∶4 稱(chēng)量混合, 加入球磨 罐內(nèi), 在行星式球磨機(jī)上球磨 6～10h , 轉(zhuǎn)速為300～400r/min ,然后將球磨 物料在壓片機(jī)上壓制成2cm×2cm～2cm×4cm的塊體,最后將物料裝入石墨坩堝 并放入高頻感應(yīng)加熱設(shè)備內(nèi),通氬氣為保護(hù)氣氛,逐漸調(diào)節(jié)高頻感應(yīng)設(shè)備的電流 至 500A使物料發(fā)生碳熱還原反應(yīng), 并保溫20min。保溫結(jié)束后還原產(chǎn)物在氬氣 氣氛下自然冷卻至室溫,取出還原產(chǎn)物,研磨破碎后得到超細(xì)碳化鈦粉末。 8、金屬熱還原法：一種固-液反應(yīng)法，為放熱反應(yīng)，因此反應(yīng)溫度較 低，能耗小，但原料比較昂貴，產(chǎn)物中CaO、MgO被酸洗，得不到回收利用。 9、高溫自蔓延合成法(SHS) SHS 法源于放熱反應(yīng)。當(dāng)加熱到適當(dāng)?shù)臏囟葧r(shí)，細(xì)顆粒的Ti粉有很高的反應(yīng)活 性，因此，一旦點(diǎn)燃后產(chǎn)生的燃燒波通過(guò)反應(yīng)物Ti 和C , Ti 和C 就會(huì)有足夠 的反應(yīng)熱使之生成TiC，SHS法反應(yīng)極快，通常不到一秒鐘，該合成法需要高純 、微細(xì)的Ti粉作原料, 而且產(chǎn)量有限。 10、反應(yīng)球磨技術(shù)法 反應(yīng)球磨技術(shù)是利用金屬或合金粉末在球磨過(guò)程中與其他單質(zhì)或化合物之間的 化學(xué)反應(yīng)而制備出所需要材料的技術(shù)。用反應(yīng)球磨技術(shù)制備納米材料的主要設(shè) 備是高能球磨機(jī), 其主要用來(lái)生產(chǎn)納米晶體材料。反應(yīng)球磨機(jī)理可分為兩類(lèi): 一是機(jī)械誘發(fā)自蔓延高溫合成(SHS)反應(yīng), 另一類(lèi)為無(wú)明顯放熱的反應(yīng)球磨, 其反應(yīng)過(guò)??緩慢。 用途 [1] 用于切削刀具、耐磨涂層、模具制造、制作熔煉金屬金屬坩堝等諸多領(lǐng)域；[2] 用于粉末冶金生產(chǎn)陶瓷、硬質(zhì)冶金零件的原料，如拉絲膜、硬質(zhì)合金模具 等；做成復(fù)相陶瓷可以應(yīng)用于硬質(zhì)刀具、軍事裝甲材料、宇航部件,如燃?xì)?艙、發(fā)動(dòng)機(jī)、噴管內(nèi)襯、渦輪轉(zhuǎn)子、葉片以及核反應(yīng)堆中的結(jié)構(gòu)部件; [3] 作為涂層材料,可作為金剛石涂層、聚變堆中的抗氚涂層、電接觸涂層、 掘機(jī)截齒涂層,以及制作泡沫陶瓷、紅外輻射陶瓷材料等. 主要參考資料 [1] 尹昒政, 于雁武, 劉玉存,等. 爆炸徑向沖擊法制備碳化鈦粉末的研究 [J]. 火工品, 2013, (6):36-38. [2] 森維，徐寶強(qiáng)，楊斌等. 高頻感應(yīng)爐制備碳化鈦粉的研究[J]. 功能材料, 2010, 9(41): 1627-1630. [3] 申泮文,王積濤 主編.化合物詞典.上海：上海辭書(shū)出版社.2002.第210頁(yè). [4] 馬世昌 主編.化學(xué)物質(zhì)辭典.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社.1999.第871頁(yè). [5] 張顯鵬 主編.鐵合金辭典.沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.1996.第265頁(yè). [6] 森維, 徐寶強(qiáng), 楊斌,等. 碳化鈦粉末制備方法的研究進(jìn)展[J]. 輕金屬, 2010, (12):44-48. [7] 王慧, 胡曉力, 劉陽(yáng),等. 碳化鈦的合成及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)陶瓷 , 2002, (5):7-10. [8] 曾令可, 劉陽(yáng), 胡曉力,等. 納米碳化鈦的微波合成及其表征[C]// 2003 年中國(guó)納微粉體制備與技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)2003. [9] 碳化鈦的廣泛應(yīng)用及其硬基質(zhì)合金特點(diǎn). 中國(guó)粉體網(wǎng) 化學(xué)性質(zhì);碳化鈦為灰白色金屬樣粉末，屬氯化鈉型立方結(jié)晶系，相對(duì)密度4.93，熔點(diǎn)3140℃，沸點(diǎn)．4820℃，極硬，莫氏硬度9～10，顯微硬度3000kg/mm²，彈性模量2940 N/mm²，抗彎強(qiáng)度240～400 N/mm²，熱傳導(dǎo)系數(shù)7.74×10^-6/K，熱導(dǎo)率21 w/(m?K)，生成熱-183.4kJ/mol，室溫電阻60μΩ。不溶于水，溶于硝酸。 用途;用作切削工具材料的添加劑和金屬鉍、鋅、鎘熔融坩堝，制備半導(dǎo)體耐磨薄膜，HDD大容量記憶裝置。 用途;是硬質(zhì)合金的重要成分，用作金屬陶瓷，還可用來(lái)制造切削工具，煉鋼工業(yè)中用作脫氧劑 用途;用作金屬陶瓷，具有高硬度、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。還可用來(lái)制造切削工具。在煉鋼工業(yè)中用作脫氧劑。 生產(chǎn)方法;二氧化鈦還原法以二氧化鈦和炭黑為原料制備碳化鈦：將高純二氧化鈦和炭黑按質(zhì)量比68.5：31.5比例充分混合，干粉混合物加壓成型(塊)，用水平碳管爐或立式碳管爐在氫氣氣氛下，于1900～2300℃還原制得塊狀TiC，經(jīng)粉碎得粉末產(chǎn)品。其 直接法以海綿鈦和炭黑為原料制備碳化鈦：海綿鈦和炭黑按比例混合，在高純氫氣流中加熱至1500～1700℃反應(yīng)制得碳化鈦，其
產(chǎn)品類(lèi)別：用作切削工具材料的添加劑和金屬鉍、鋅、鎘熔融坩堝，制備半導(dǎo)體耐磨薄膜，HDD大容量記憶裝置。