Титан карбиди: өндүрүш, курамы, максаты, касиеттери жана колдонулушу

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-02 13:58

Титан карбиди вольфрамдын келечектүү аналогдорунун бири болуп саналат. Физикалык-механикалык касиеттери боюнча экинчисинен кем калышпайт жана бул кошулманы өндүрүү кыйла үнөмдүү. Ал карбид кесүүчү аспаптарды өндүрүүдө, ошондой эле мунай жана жалпы машина куруу, авиация жана ракета өнөр жайларында кеңири колдонулат.

Сыпаттама жана ачылыш тарыхы

Титан карбиди Химиялык элементтердин мезгилдик системасынын өтмө металл бирикмелеринин арасында өзгөчө орунду ээлейт. Ал өзүнүн өзгөчө катуулугу, ысыкка туруктуулугу жана күчтүүлүгү менен айырмаланат, бул вольфрамды камтыбаган катуу эритмелер үчүн негиз катары кеңири колдонулушун аныктайт. Бул заттын химиялык формуласы TiC болуп саналат. Сыртынан караганда бул ачык боз порошок.

Анын өндүрүшү 1920-жылдары, ысытуу лампаларын чыгарган компаниялар вольфрам жиптерин өндүрүү үчүн кымбат технологияга альтернатива издеп жүргөндө башталган. Натыйжада цементтелген карбидди алуу ыкмасы ойлоп табылган. Бул технология анча кымбат эмес, анткени чийки зат -титандын диоксиди арзаныраак болчу.

1970-жылы титан нитритин колдонуу башталды, бул цементтелген кошулмалардын илешкектүүлүгүн жогорулатууга, ал эми хром жана никель кошумчалары титан карбидинин коррозияга туруктуулугун жогорулатууга мүмкүндүк берди. 1980-жылы бирдиктүү кысуу (пресстөө) таасири астында порошок агломерациялоо процесси иштелип чыккан. Бул материалдын сапатын жакшыртты. Учурда агломерацияланган карбид порошоктору жогорку температура, эскирүү жана кычкылданууга туруктуулук талап кылынган колдонмолордо колдонулат.

Химиялык мүнөздөмөлөрү

Титан карбидинин химиялык касиеттери анын технологиядагы практикалык маанисин аныктайт. Бул кошулма төмөнкү мүнөздөмөлөргө ээ:

• HClге каршылык, HSO₄, H₃PO_{4, щелоч;}
• щелочтуу жана кислота эритмелеринде коррозияга жогорку туруктуулук;
• цинк эритмелери менен өз ара аракеттенүүсү жок, металлургиялык шлактардын негизги түрлөрү;
• 1100 °Cден жогору температурада гана активдүү кычкылдануу;
• болоттун, чоюндун, никельдин, кобальттын, кремнийдин эритме нымдуулугу;
• хлор чөйрөсүндө t>40 °Cде TiCl_{4түзүлүшү.}

Физикалык жана механикалык касиеттери

Бул заттын негизги физикалык жана механикалык мүнөздөмөлөрү:

1. Термофизикалык: эрүү температурасы – 3260±150 °C; кайноо температурасы - 4300 ° C; жылуулук сыйымдуулугу - 50, 57 Дж/(К∙моль); жылуулук өткөрүмдүүлүк 20 °C (мазмунуна жарашакөмүртек) - 6,5-7,1 Вт/(m∙K).
2. Күч (20 °Cде): кысуу күчү - 1380 МПа; созуу күчү (ысык басылган карбид) - 500 МПа; микрокатуулугу - 15 000–31 500 МПа; соккунун күчү - 9,5∙10⁴ кДж/м^{2; Mohs шкаласы боюнча катуулук - 8-9 бирдик.}
3. Технологиялык: эскирүү ылдамдыгы (көмүртектин курамына жараша) – 0,2-2 мкм/саат; сүрүлүү коэффициенти - 0,4-0,5; ширетүү начар.

Алуу

Титан карбиди өндүрүү бир нече ыкмалар менен ишке ашырылат:

• Титандын диоксидинен жана катуу карбюризациялоочу материалдардан көмүртек-термикалык ыкма (тиешелүү түрдө аралашмада 68 жана 32%). Акыркысы катары көө көбүнчө колдонулат. Чийки зат адегенде брикеттерге пресстелет, андан кийин тигелге салынат. Көмүртек менен каныккан суутектин коргоочу атмосферасында 2000 °C температурада ишке ашат.
• 1600 °Cде титан порошоктун түз карбиддештирүү.
• Псевдо-эрүү - металл порошокту көө брикеттери менен эки этаптуу схемада 2050 °Сге чейин ысытуу. Көө титандын эритмесинде эрийт, ал эми көлөмү 1 миң микронго чейинки карбид бүртүкчөлөрү чыгат.
• Титан порошок менен кара көмүрдүн (мурун брикеттелген) аралашмасынын вакуумунда күйүү. Күйүү реакциясы бир нече секундга созулат, андан кийин курамы муздатылат.
• Галогениддердин плазма-химиялык ыкмасы. Бул ыкма бир гана карбид порошок эмес, ошондой эле каптоо, була, монокристалл алууга мүмкүндүк берет. Эң кеңири таралган аралашма - титан хлориди, метан жана суутек. Процесс температурада жүргүзүлөт1200-1500°С. Плазма агымы жаа разряды же жогорку жыштыктагы генераторлор аркылуу түзүлөт.
• Титан эритмеси чиптеринен (гидрогендөө, майдалоо, дегидрогендөө, карбонациялоо же көмүртек кара карбиддештирүү).

Ушул ыкмалардын бири менен жасалган продукт майдалоочу агрегаттарда иштетилет. Майдалоо 1-5 микрон бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнө чейин жүргүзүлөт.

Булалар жана кристаллдар

Титан карбидин монокристалл түрүндө алуу бир нече жол менен ишке ашырылат:

1. Эритүү ыкмасы. Бул технологиянын бир нече түрлөрү бар: Verneuil процесси; агломерацияланган таякчаларды эритүүдө пайда болгон суюк ваннадан тартуу; электр термикалык метод дога мештеринде. Бул ыкмалар көп колдонулбайт, анткени алар энергиянын чоң чыгымын талап кылат.
2. Чечүү ыкмасы. Титан жана көмүртек кошулмаларынын аралашмасы, ошондой эле эриткичтин ролун аткарган металлдар (темир, никель, кобальт, алюминий же магний) графит тигелде 2000°С вакуумда ысытылат. Металл эритиндиси бир нече саат бою кармалат, андан кийин туз кислотасынын эритмелери жана фторид суутектери менен иштетилет, жуулат жана кургатылат, графитти жок кылуу үчүн трихлорэтилен менен ацетондун аралашмасында сүзүлөт. Бул технология жогорку тазалыктагы кристаллдарды чыгарат.
3. Плазмалык реактордун титан галогениддери TiCl₄, TiI_{4 менен өз ара аракеттешүү учурунда реактордо плазма-химиялык синтез. Көмүртек булагы катары метан, этилен, бензол, толуол жана башкалар колдонулат.углеводороддор. Бул ыкманын негизги кемчиликтери сырьенун технологиялык татаалдыгы жана уулуулугу болуп саналат.}

Булалар титан хлоридинин 1250-1350 °C температурада газ түрүндөгү чөйрөдө (пропан, төрт хлордуу көмүртек) чөктүрүүдөн алынат.

Титан карбидинин колдонулушу

Бул кошулма ысыкка чыдамдуу, ысыкка чыдамдуу жана катуу вольфрамсыз эритмелерди, эскирүүгө туруктуу каптамаларды, абразивдүү материалдарды өндүрүүдө компонент катары колдонулат.

Титан карбидинин системалары төмөнкү өнүмдөр үчүн колдонулат:

• металл кесүү үчүн аспаптар;
• прокат машиналарынын тетиктери;
• ысыкка чыдамдуу тигелдер, термопар бөлүктөрү;
• мештин каптоосу;
• реактивдүү кыймылдаткычтын тетиктери;
• керектелбеген ширетүүчү электроддор;
• агрессивдүү материалдарды сордурууга арналган жабдуулардын элементтери;
• беттерди жылтыратуу жана бүтүрүү үчүн абразивдүү пасталар.

Тетиктер порошок металлургиясынан жасалган:

• агломерация жана ысык пресстөө менен;
• гипс калыптарга тайгаланып куюу жана графит мештеринде агломерациялоо жолу менен;
• басуу жана агломерациялоо аркылуу.

Каптар

Титан карбид каптоо тетиктердин өндүрүмдүүлүгүн жогорулатууга жана ошол эле учурда кымбат баалуу материалдарды үнөмдөөгө мүмкүндүк берет. Алар төмөнкү касиеттери менен мүнөздөлөт:

• жогорку тозууга туруктуулук жана катуулук;
• химиялык туруктуулук;
• төмөнкү сүрүлүү коэффициенти;
• муздак ширетүүгө төмөн ык;
• шкала каршылык.

Титан карбидинин катмары негизги материалга бир нече жол менен колдонулат:

• Бууну туташтыруу.
• Плазма же жардыргыч чачуу.
• Лазердик каптоо.
• Ион-плазма чачуу.
• Электро-учкун менен легирлөө.
• Диффузиянын каныккандыгы.

Cermet ошондой эле титан карбидинин жана никельдин ысыкка чыдамдуу эритмелеринин негизинде жасалат - суюк чөйрөдө тетиктердин эскирүүгө туруктуулугун 10 эсеге жогорулатууга мүмкүндүк берүүчү композиттик материал. Бул композицияны колдонуу насостук жабдуулардын жана башка жабдуулардын иштөө мөөнөтүн көбөйтүү үчүн келечектүү болуп саналат, анын ичинде резервуардын басымын кармап туруу үчүн инжектордук саптамалар, факелдик оттуктар, бургулоочу биттер, клапандар бар.

Карбидболот

Вольфрам жана титан карбиддери карбиддик болотторду өндүрүү үчүн колдонулат, алар өз касиеттери боюнча катуу эритмелер менен жогорку ылдамдыктагы болоттордун ортосунда аралык позицияны ээлейт. Отко чыдамдуу металлдар аларга жогорку катуулук, бекемдик жана эскирүү туруктуулугун, ал эми болот матрицасы - бышык жана ийкемдүүлүк менен камсыз кылат. Титан жана вольфрам карбидинин массалык үлүшү 20-70% болушу мүмкүн. Мындай материалдар жогоруда көрсөтүлгөн порошок металлургиясынын ыкмалары менен алынат.

Карбид болоттору кесүүчү аспаптарды, ошондой эле станок тетиктерин,күчтүү механикалык жана коррозиялык эскирүү шарттарында иштөө (подшипниктер, тиштүү механизмдер, втулкалар, шахталар жана башкалар).