Titan karbid: ishlab chiqarish, tarkibi, maqsadi, xususiyatlari va qo'llanilishi

2024 Muallif: Howard Calhoun | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-02 14:04

Titan karbid volframning istiqbolli analoglaridan biridir. Fizikaviy va mexanik xususiyatlar jihatidan ikkinchisidan kam emas va bu birikmani ishlab chiqarish yanada tejamkor. U eng ko'p karbid kesish asboblarini ishlab chiqarishda, shuningdek, neft va umumiy mashinasozlik, aviatsiya va raketa sanoatida qo'llaniladi.

Tavsif va kashfiyot tarixi

Titan karbid kimyoviy elementlarning davriy sistemasining oʻtish metall birikmalari orasida alohida oʻrin tutadi. U o'zining maxsus qattiqligi, issiqlikka chidamliligi va mustahkamligi bilan ajralib turadi, bu esa volframni o'z ichiga olmaydigan qattiq qotishmalar uchun asos sifatida keng qo'llanilishini belgilaydi. Ushbu moddaning kimyoviy formulasi TiC dir. Tashqi ko'rinishida u och kulrang kukun.

Uning ishlab chiqarilishi 1920-yillarda, choʻgʻlanma lampalar ishlab chiqaruvchi kompaniyalar volfram filamentlarini ishlab chiqarish uchun qimmat texnologiyaga muqobil izlayotgan paytda boshlangan. Natijada sementlangan karbid ishlab chiqarish usuli ixtiro qilindi. Ushbu texnologiya arzonroq edi, chunki xom ashyo -titan dioksidi arzonroq edi.

1970 yilda titanium nitritdan foydalanish boshlandi, bu sementlangan bo'g'inlarning viskozitesini oshirishga imkon berdi va xrom va nikel qo'shimchalari titanium karbidning korroziyaga chidamliligini oshirishga imkon berdi. 1980 yilda bir xil siqilish (presslash) ta'sirida kukunli sinterlash jarayoni ishlab chiqildi. Bu materialning sifatini oshirdi. Sinterlangan karbid kukunlari hozirda yuqori harorat, aşınma va oksidlanishga chidamlilik talab qilinadigan ilovalarda qo'llaniladi.

Kimyoviy xususiyatlari

Titan karbidining kimyoviy xossalari uning texnologiyadagi amaliy ahamiyatini aniqlaydi. Ushbu birikma quyidagi xususiyatlarga ega:

• HCl, HSO₄, H₃PO_{4, ishqorga qarshilik;}
• ishqoriy va kislotali eritmalarda yuqori korroziyaga chidamlilik;
• rux eritmalari, metallurgiya shlaklarining asosiy turlari bilan o'zaro ta'siri yo'q;
• faqat 1100 °C dan yuqori haroratlarda faol oksidlanish;
• po'lat, quyma temir, nikel, kob alt, kremniyning eritilgan namligi;
• xlorli muhitda t>40 °C da TiCl_{4hosil boʻlishi.}

Jismoniy va mexanik xususiyatlar

Ushbu moddaning asosiy fizik-mexanik xarakteristikalari:

1. Termofizik: erish nuqtasi – 3260±150 °C; qaynash nuqtasi - 4300 ° S; issiqlik quvvati - 50, 57 J / (K∙mol); 20 ° C da issiqlik o'tkazuvchanligi (tarkibiga qarabuglerod) - 6,5-7,1 Vt/(m∙K).
2. Kuchlilik (20 °C da): bosim kuchi - 1380 MPa; kuchlanish kuchi (issiq bosilgan karbid) - 500 MPa; mikroqattiqlik - 15 000–31 500 MPa; zarba kuchi - 9,5∙10⁴ kJ/m^{2; Mohs shkalasi bo'yicha qattiqlik - 8-9 birlik.}
3. Texnologik: eskirish darajasi (uglerod tarkibiga qarab) – 0,2-2 mkm/soat; ishqalanish koeffitsienti - 0,4-0,5; payvandlanish qobiliyati yomon.

Qabul qilish

Titan karbid ishlab chiqarish bir necha usullar bilan amalga oshiriladi:

• Titan dioksidi va qattiq karbonlashtiruvchi materiallardan uglerod-termik usul (aralashmada mos ravishda 68 va 32%). Ikkinchisi sifatida kuyik ko'pincha ishlatiladi. Xom ashyo birinchi navbatda briketlarga bosiladi, keyin ular tigelga joylashtiriladi. Uglerodning toʻyinganligi 2000 °C haroratda vodorodning himoya atmosferasida sodir boʻladi.
• Titan kukunining 1600 °C da to'g'ridan-to'g'ri karbidizatsiyasi.
• Psevdo-eritish - metall kukunini kuyik briketlar bilan ikki bosqichli sxemada 2050 °C gacha qizdirish. Titan eritmasida kuyik eriydi va hajmi 1 ming mikrongacha bo'lgan karbid donalari chiqadi.
• Titan kukuni va qora uglerod aralashmasi (ilgari briketlangan) vakuumida yondirish. Yonish reaksiyasi bir necha soniya davom etadi, keyin kompozitsiya sovutiladi.
• Goloidlardan plazma-kimyoviy usul. Bu usul nafaqat karbid kukunini, balki qoplamalar, tolalar, monokristallarni ham olish imkonini beradi. Eng keng tarqalgan aralash titanium xlorid, metan va vodoroddir. Jarayon haroratda amalga oshiriladi1200-1500 ° S. Plazma oqimi yoy zaryadi yoki yuqori chastotali generatorlarda yaratiladi.
• Titan qotishma chiplaridan (gidrogenlash, maydalash, gidrogenlash, karbonlashtirish yoki uglerod qora karbidizatsiyasi).

Ushbu usullardan biri bilan tayyorlangan mahsulot silliqlash agregatlarida qayta ishlanadi. Kukunga maydalash 1-5 mikron zarracha o'lchamiga qadar amalga oshiriladi.

Tolalar va kristallar

Titan karbidini monokristallar shaklida olish bir necha usullar bilan amalga oshiriladi:

1. Eritish usuli. Ushbu texnologiyaning bir nechta navlari mavjud: Verneuil jarayoni; sinterlangan novdalarni eritish natijasida hosil bo'lgan suyuq vannadan chizish; boshq pechlarida elektrotermik usul. Bu usullardan keng foydalanilmaydi, chunki ular yuqori energiya sarfini talab qiladi.
2. Yechish usuli. Titan va uglerod birikmalarining aralashmasi, shuningdek erituvchi rolini o'ynaydigan metallar (temir, nikel, kob alt, alyuminiy yoki magniy) vakuumda grafit tigelda 2000 ° C gacha qizdiriladi. Metall eritma bir necha soat davomida saqlanadi, so'ngra xlorid kislota eritmalari va vodorod ftorid bilan ishlanadi, yuviladi va quritiladi, grafitni olib tashlash uchun trikloretilen va aseton aralashmasida suzadi. Bu texnologiya yuqori tozalikdagi kristallarni ishlab chiqaradi.
3. Plazma reaktorining titan galogenidlari bilan o'zaro ta'sirida reaktorda plazma-kimyoviy sintez TiCl₄, TiI_{4. Uglerod manbai sifatida metan, etilen, benzol, toluol va boshqalar ishlatiladi.uglevodorodlar. Bu usulning asosiy kamchiliklari xom ashyoning texnologik murakkabligi va zaharliligidir.}

Tolalar titan xloridni gazsimon muhitda (propan, vodorod bilan aralashtirilgan uglerod tetraxlorid) 1250-1350 °C haroratda cho'ktirish orqali olinadi.

Titan karbididan foydalanish

Ushbu birikma issiqlikka chidamli, issiqqa chidamli va qattiq volframsiz qotishmalar, aşınmaya bardoshli qoplamalar, abraziv materiallar ishlab chiqarishda komponent sifatida ishlatiladi.

Titan karbid karbid tizimlari quyidagi mahsulotlar uchun ishlatiladi:

• metall kesish uchun asboblar;
• prokat mashinalarining qismlari;
• issiqlikka chidamli tigellar, termojuft qismlari;
• pech qoplamasi;
• reaktiv dvigatel qismlari;
• sarflanmaydigan payvandlash elektrodlari;
• agressiv materiallarni quyish uchun mo'ljallangan uskunalar elementlari;
• Yuzalarni parlatish va pardozlash uchun abraziv pastalar.

Qismlar kukunli metallurgiya tomonidan ishlab chiqariladi:

• sinterlash va issiq presslash orqali;
• gips qoliplarida slip quyish va grafitli pechlarda sinterlash orqali;
• bosish va sinterlash orqali.

Qoplamalar

Titan karbid qoplamalari qismlarning ishlashini oshirish va shu bilan birga qimmatbaho materiallarni tejash imkonini beradi. Ular quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanadi:

• yuqori aşınma qarshilik va qattiqlik;
• kimyoviy barqarorlik;
• past ishqalanish koeffitsienti;
• sovuq payvandlash uchun past moyillik;
• shkaladagi qarshilik.

Titan karbid qatlami asosiy materialga bir necha usulda qo'llaniladi:

• Bugʻning choʻkishi.
• Plazma yoki detonatsiya purkash.
• Lazer qoplamasi.
• Ion-plazma püskürtme.
• Elektro-uchqunli qotishma.
• Diffuzion toʻyinganlik.

Cermet, shuningdek, titan karbid va nikel issiqqa chidamli qotishmalari asosida ishlab chiqariladi - suyuq muhitdagi qismlarning aşınma qarshiligini 10 barobar oshirish imkonini beruvchi kompozit material. Ushbu kompozitsiyadan foydalanish nasos uskunalari va boshqa jihozlarning ishlash muddatini oshirish uchun istiqbolli bo'lib, ular orasida rezervuar bosimini ushlab turish uchun in'ektsiya nozullari, olovli burnerlar, burg'ulash uchlari, klapanlar mavjud.

Karbidpo'lat

Volfram va titan karbidlari o'z xususiyatlariga ko'ra qattiq qotishmalar va yuqori tezlikli po'latlar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallagan karbidli po'latlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. O'tga chidamli metallar ularni yuqori qattiqlik, mustahkamlik va aşınma qarshilik bilan ta'minlaydi, va po'lat matritsa - qattiqlik va egiluvchanlik. Titan va volfram karbidining massa ulushi 20-70% bo'lishi mumkin. Bunday materiallar yuqorida ko'rsatilgan chang metallurgiya usullari bilan olinadi.

Karbid po'latlari kesish asboblari, shuningdek, mashina qismlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi,kuchli mexanik va korroziy aşınma sharoitida ishlash (rulmanlar, tishli g'ildiraklar, vtulkalar, vallar va boshqalar).