Les céramiques de carbure de titane sont des carbures de métaux de transition typiques. Sa liaison est constituée de liaisons ioniques, covalentes et métalliques mélangées dans la même structure cristalline, le TiC possède donc de nombreuses propriétés uniques. La structure cristalline détermine les caractéristiques de base du TiC, telles qu'une dureté élevée, un point de fusion élevé, une résistance à l'usure et une conductivité électrique.
Structure cristalline du carbure de titane
Le carbure de titane est un carbure de métal de transition, et une structure de type NaCI de cube à faces centrées est formée en insérant des atomes de C plus petits dans la position octaédrique du réseau densément rempli de Ti, comme le montre la structure cristalline du carbure de titane, et son groupe spatial est Fm3m. . La composition réelle du carbure de titane est non stœchiométrique et est exprimée par la formule générale TiC.
Il existe trois types de liaisons chimiques dans cette structure de type nacL : la liaison métallique, la liaison ionique et la liaison covalente. La liaison métallique provient de la densité non nulle de l’état d’énergie de Fermi et de la densité électronique relativement élevée dans la région située entre les sphères atomiques. La liaison ionique est le résultat de la force électrostatique générée par le transfert de charge de l’atome de Ti vers l’atome de C. Par rapport au cristal idéal d’atomes neutres, environ 0,36 électron migre de la sphère atomique de Ti. Les cinq orbitales 3D d’un atome de Ti se divisent en trois orbitales symétriques t2 et deux orbitales symétriques Er.
Caractéristiques
Titanium carbide TiC ceramics are face-core cubic crystal, high melting point, good thermal conductivity, hardness, chemical stability, no hydrolysis, high temperature oxidation resistance, at room temperature, not with acid reaction, but in nitric acid and hydrofluoric acid mixed acid can be dissolved, at 1000℃ in nitrogen gas atmosphere.
Méthodes de préparation
La poudre de carbure de titane est généralement préparée par la réaction de TiO2 et de noir de carbone dans un four à tubes de carbone avec de l'hydrogène ou dans un four sous vide avec modulation de fréquence à 1 600 ℃ - 1 800 ℃. Le moulage peut utiliser la méthode de moulage conventionnelle en céramique, brûlant généralement en utilisant la méthode de pressage à chaud, peut également utiliser la méthode de synthèse à haute température auto-propagée (méthode SHS), ses avantages sont les économies d'énergie, le processus simple et la haute pureté des produits.
Application
1. Matériaux multiphasés : les céramiques en carbure de titane appartiennent à des matériaux d'outils super durs, le TiC peut être fabriqué avec du TiN, du WC, de l'Al2O3 et d'autres matières premières dans divers matériaux céramiques multiphasés, ces matériaux ont un point de fusion élevé, une dureté élevée, une excellente stabilité chimique, est le matériau préféré pour les outils de coupe, les pièces résistantes à l'usure. Les céramiques de carbure de titane sont utilisées dans la coupe de roues de régulation de fil à grande vitesse et d'acier au carbone en raison de leur bonne résistance à l'oxydation et de l'absence d'usure en forme de croissant avec l'acier. Les outils de coupe en céramique multiphasés contenant du carbure de titane ont été largement utilisés.
2. Matériau de revêtement : En tant que revêtement de surface, le carbure de titane est un matériau très résistant à l'usure. Dans la surface du diamant par méthode physique ou chimique recouverte de certains carbures puissants pour former un métal ou un alliage, ces métaux ou alliages à haute température et la réaction d'interface des atomes de carbone de la surface du diamant, la formation de carbures métalliques stables. Ces carbures peuvent non seulement bien se lier au diamant, mais également être infiltrés par le métal de la matrice, de manière à améliorer l'adhésion entre le diamant et le métal de la matrice. En déposant des films de carbure de titane sur l'outil, la durée de vie de l'outil peut être augmentée plusieurs fois.
3. Dans la recherche sur le réacteur de fusion nucléaire, le matériau de revêtement en carbure de titane et le matériau de revêtement composite (TiN + TiC), après traitement thermique chimique, génèrent une couche de perméabilité résistante au tritium sur la surface du carbure de titane, peuvent résister à l'irradiation des ions hydrogène et résister à une grande gradient de température et cycle thermique.
4. In addition, titanium carbide can also make smelting tin, lead, cadmium, zinc and other metal crucible; Transparent titanium carbide ceramics are also good optical materials.
