Titan karbid: istehsal, tərkibi, məqsədi, xassələri və tətbiqləri

2024 Müəllif: Howard Calhoun | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-02 13:49

Titan karbid volframın perspektivli analoqlarından biridir. Fiziki və mexaniki xüsusiyyətlərə görə sonuncudan aşağı deyil və bu birləşmənin istehsalı daha qənaətlidir. O, ən çox karbid kəsici alətlərin istehsalında, eləcə də neft və ümumi mühəndislik, aviasiya və raket sənayesində istifadə olunur.

Təsvir və kəşf tarixi

Titan karbid Kimyəvi Elementlərin Dövri Cədvəlinin keçid metal birləşmələri arasında xüsusi yer tutur. Xüsusi sərtliyi, istiliyə davamlılığı və gücü ilə fərqlənir ki, bu da onun volfram olmayan sərt ərintilər üçün əsas kimi geniş istifadəsini müəyyən edir. Bu maddənin kimyəvi formulu TiC-dir. Xarici olaraq açıq boz rəngli tozdur.

Onun istehsalı 1920-ci illərdə, közərmə lampaları istehsal edən şirkətlərin volfram filamentlərinin istehsalı üçün bahalı texnologiyaya alternativ axtardıqları zaman başladı. Nəticədə sementlənmiş karbid istehsal etmək üsulu icad edilmişdir. Bu texnologiya daha ucuz idi, çünki xammal -titan dioksid daha sərfəli idi.

1970-ci ildə titan nitritin istifadəsi başlandı ki, bu da sementlənmiş birləşmələrin özlülüyünü artırmağa imkan verdi, xrom və nikel əlavələri isə titan karbidin korroziyaya davamlılığını artırmağa imkan verdi. 1980-ci ildə vahid sıxılma (presləmə) təsiri altında tozun sinterlənməsi üçün bir proses hazırlanmışdır. Bu materialın keyfiyyətini yaxşılaşdırdı. Sinterlənmiş karbid tozları hazırda yüksək temperatur, aşınma və oksidləşmə müqavimətinin tələb olunduğu tətbiqlərdə istifadə olunur.

Kimyəvi xüsusiyyətlər

Titan karbidin kimyəvi xassələri onun texnologiyada praktik əhəmiyyətini müəyyən edir. Bu birləşmə aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir:

• HCl, HSO₄, H₃PO_{4, qələvi müqavimət;}
• qələvi və turşu məhlullarında yüksək korroziyaya davamlılıq;
• metallurgiya şlaklarının əsas növləri olan sink ərimələri ilə qarşılıqlı əlaqə yoxdur;
• yalnız 1100 °C-dən yuxarı temperaturda aktiv oksidləşmə;
• poladın, çuqun, nikel, kob alt, silisiumun əriyən islanmaq qabiliyyəti;
• xlor mühitində t>40 °C-də TiCl_{4əmələ gəlməsi.}

Fiziki və mexaniki xassələr

Bu maddənin əsas fiziki və mexaniki xüsusiyyətləri bunlardır:

1. Termofiziki: ərimə nöqtəsi – 3260±150 °C; qaynama nöqtəsi - 4300 ° C; istilik tutumu - 50, 57 J/(K∙mol); 20 °C-də istilik keçiriciliyi (məzmundan asılı olaraqkarbon) - 6,5-7,1 Vt/(m∙K).
2. Gücü (20 °C-də): sıxılma gücü - 1380 MPa; gərginlik gücü (isti preslənmiş karbid) - 500 MPa; mikrosərtlik - 15,000–31,500 MPa; zərbə gücü - 9,5∙10⁴ kJ/m^{2; Mohs şkalası üzrə sərtlik - 8-9 vahid.}
3. Texnoloji: aşınma dərəcəsi (karbon tərkibindən asılı olaraq) – 0,2-2 µm/saat; sürtünmə əmsalı - 0,4-0,5; qaynaq qabiliyyəti zəifdir.

Alın

Titan karbid istehsalı bir neçə üsulla həyata keçirilir:

• Titan dioksid və bərk karbürləşdirici materiallardan karbon-termal üsul (qarışıqda müvafiq olaraq 68 və 32%). Sonuncu kimi, his ən çox istifadə olunur. Xammal əvvəlcə briketlərə sıxılır, sonra isə potaya qoyulur. Karbonla doyma 2000 °C temperaturda hidrogenin qoruyucu atmosferində baş verir.
• 1600 °C-də titan tozunun birbaşa karbidləşdirilməsi.
• Pseudo-ərimə - metal tozunun his briketləri ilə iki mərhələli sxemdə 2050 °C-ə qədər qızdırılması. Hiss titan ərintisində həll olunur və 1 min mikrona qədər ölçüdə olan karbid dənəcikləri çıxarılır.
• Titan tozu və karbon qara qarışığından (əvvəllər briketlənmiş) vakuumda alovlanma. Yanma reaksiyası bir neçə saniyə davam edir, sonra tərkib soyudulur.
• Halidlərdən plazma-kimyəvi üsul. Bu üsul təkcə karbid tozunu deyil, həm də örtüklər, liflər, tək kristallar əldə etməyə imkan verir. Ən çox yayılmış qarışıq titan xlorid, metan və hidrogendir. Proses bir temperaturda aparılır1200-1500°C. Plazma axını qövs boşalması və ya yüksək tezlikli generatorlarda yaradılır.
• Titan ərintisi çiplərindən (hidrogenləşmə, üyüdülmə, dehidrogenləşdirmə, karbonlaşdırma və ya karbon qara karbidləşdirmə).

Bu üsullardan biri ilə hazırlanan məhsul üyütmə qurğularında emal edilir. Toz halında üyüdülmə 1-5 mikron hissəcik ölçülərinə qədər aparılır.

Liflər və kristallar

Titan karbidinin monokristal şəklində alınması bir neçə yolla həyata keçirilir:

1. Əritmə üsulu. Bu texnologiyanın bir neçə növü var: Verneuil prosesi; sinterlənmiş çubuqların əriməsi nəticəsində yaranan maye banyosundan çəkmək; qövs sobalarında elektrotermik üsul. Bu üsullar yüksək enerji xərcləri tələb etdiyi üçün geniş istifadə edilmir.
2. Həll üsulu. Titan və karbon birləşmələrinin, eləcə də həlledici rolunu oynayan metalların (dəmir, nikel, kob alt, alüminium və ya maqnezium) qarışığı qrafit potasında vakuumda 2000 ° C-yə qədər qızdırılır. Metal ərintiləri bir neçə saat saxlanılır, sonra xlorid turşusu məhlulları və hidrogen flüorid ilə müalicə olunur, yuyulur və qurudulur, qrafiti çıxarmaq üçün trixloretilen və aseton qarışığında üzür. Bu texnologiya yüksək saflığa malik kristallar istehsal edir.
3. Plazma reaktivinin titan halidləri ilə qarşılıqlı təsiri zamanı reaktorda plazma-kimyəvi sintez TiCl₄, TiI_{4. Karbon mənbəyi kimi metan, etilen, benzol, toluol və s.karbohidrogenlər. Bu metodun əsas çatışmazlıqları texnoloji mürəkkəblik və xammalın toksikliyidir.}

Liflər 1250-1350 °C temperaturda qaz mühitində (propan, karbon tetraxlorid) titan xloridin çökdürülməsi ilə əldə edilir.

Titan karbidinin tətbiqi

Bu birləşmə istiliyədavamlı, istiliyədavamlı və sərt volframsız ərintilərin, aşınmaya davamlı örtüklərin, aşındırıcı materialların istehsalında komponent kimi istifadə olunur.

Titan karbid karbid sistemləri aşağıdakı məhsullar üçün istifadə olunur:

• metal kəsmə alətləri;
• yayma maşınlarının hissələri;
• istiliyədavamlı tigelər, termocüt hissələri;
• soba astarı;
• reaktiv mühərrik hissələri;
• istehlak olunmayan qaynaq elektrodları;
• aqressiv materialların vurulması üçün nəzərdə tutulmuş avadanlıq elementləri;
• səthləri cilalamaq və bitirmək üçün aşındırıcı pastalar.

Hissələr toz metallurgiyası ilə hazırlanır:

• sinterləmə və isti presləmə ilə;
• gips qəliblərində sürüşmə tökmə və qrafit sobalarında sinterləmə yolu ilə;
• basın və sinterləmə ilə.

Örtüklər

Titan karbid örtükləri hissələrin məhsuldarlığını artırmağa və eyni zamanda bahalı materiallara qənaət etməyə imkan verir. Onlar aşağıdakı xüsusiyyətlərlə xarakterizə olunur:

• yüksək aşınma müqaviməti və sərtlik;
• kimyəvi sabitlik;
• aşağı sürtünmə əmsalı;
• soyuq qaynaq üçün aşağı meyl;
• miqyaslı müqavimət.

Titan karbid təbəqəsi əsas materiala bir neçə yolla tətbiq olunur:

• Buxar çökməsi.
• Plazma və ya detonasiya ilə püskürtmə.
• Lazer üzlük.
• İon-plazma çiləmə.
• Elektro-qığılcımlı ərinti.
• Diffuziya doyması.

Cermet həmçinin titan karbid və nikel istiliyədavamlı ərintilər əsasında hazırlanır - maye mühitdə hissələrin aşınma müqavimətini 10 dəfə artırmağa imkan verən kompozit material. Bu kompozitin istifadəsi nasos avadanlığının və digər avadanlıqların xidmət müddətini artırmaq üçün perspektivlidir, o cümlədən lay təzyiqini saxlamaq üçün enjeksiyon başlıqları, məşəl yandırıcıları, qazma uçları, klapanlar.

Karbidpolad

Volfram və titan karbidləri öz xassələrində sərt ərintilər və yüksək sürətli poladlar arasında aralıq mövqe tutan karbid poladlarının istehsalı üçün istifadə olunur. Odadavamlı metallar onlara yüksək sərtlik, möhkəmlik və aşınma müqaviməti, polad matris isə möhkəmlik və çeviklik verir. Titan və volfram karbidinin kütlə payı 20-70% ola bilər. Belə materiallar yuxarıda göstərilən toz metallurgiya üsulları ilə əldə edilir.

Karbid poladları kəsici alətlərin, həmçinin dəzgah hissələrinin istehsalı üçün istifadə olunur,güclü mexaniki və aşındırıcı aşınma şəraitində işləmək (rulmanlar, dişlilər, kollar, vallar və s.).