Карбид титана

Общие сведения

Данное вещество представляет собой соединение углерода и металлического титана (хим.формула TiC).  Титана карбид — это порошок, имеющий светло-серый 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:

• высокая прочность;
• хорошая электропроводность;
• особая жаростойкость;
• малая скорость испарения;
• стойкость к температурным перепадам;
• стойкость к абразивному износу;
• стойкость к агрессивным эксплуатационным средам.

Основные физико-химические показатели титана карбида:

• температура плавления — 3140°C;
• плотность — 4,92 г/см³ при 20°C;
• температура кипения — 4300°C;
• средняя теплопроводность — 0,068Вт/(см·К);
• среднее удельное сопротивление — 2·10^-6 (Ом·м);
• не растворим в воде;
• не растворим в серной и соляной кислотах;
• реагирует с расплавами щелочей и смесью азотной (HNO₃) и плавиковой (HF) кислот.

Производственные характеристики этого соединения, как и других сплавов титана, регламентируются ГОСТом 19807–74 и ТУ 6-09-492-75.

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 карбид-титановых 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 титан-карбидными 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.

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