Տիտանի կարբիդ. արտադրություն, բաղադրություն, նպատակ, հատկություններ և կիրառություններ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 13:56

Տիտանի կարբիդը վոլֆրամի խոստումնալից անալոգներից է: Ֆիզիկական և մեխանիկական հատկություններով այն չի զիջում վերջինիս, և այս միացության արտադրությունն ավելի խնայող է։ Այն առավել լայնորեն օգտագործվում է կարբիդային կտրող գործիքների արտադրության մեջ, ինչպես նաև նավթի և ընդհանուր ճարտարագիտության, ավիացիայի և հրթիռային արդյունաբերության մեջ:

Բացահայտման նկարագրություն և պատմություն

Տիտանի կարբիդը հատուկ տեղ է զբաղեցնում Քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակի անցումային մետաղների միացությունների շարքում։ Այն առանձնանում է իր հատուկ կարծրությամբ, ջերմակայունությամբ և ամրությամբ, ինչը որոշում է դրա լայն կիրառումը որպես հիմք վոլֆրամ չպարունակող կոշտ համաձուլվածքների համար։ Այս նյութի քիմիական բանաձևը TiC է։ Արտաքինից այն բաց մոխրագույն փոշի է։

Նրա արտադրությունը սկսվել է 1920-ականներին, երբ շիկացած լամպեր արտադրող ընկերությունները այլընտրանք էին փնտրում վոլֆրամի թելերի արտադրության թանկարժեք տեխնոլոգիային: Արդյունքում հորինվել է ցեմենտացված կարբիդի արտադրության մեթոդ։ Այս տեխնոլոգիան ավելի քիչ թանկ էր, քանի որ հումքը.տիտանի երկօքսիդն ավելի մատչելի էր։

1970-ին սկսվեց տիտանի նիտրիտի օգտագործումը, որը հնարավորություն տվեց բարձրացնել ցեմենտացված հոդերի մածուցիկությունը, իսկ քրոմի և նիկելի հավելումները հնարավորություն տվեցին բարձրացնել տիտանի կարբիդի կոռոզիոն դիմադրությունը: 1980 թվականին մշակվել է միատեսակ սեղմման (սեղմման) ազդեցության տակ փոշու սինթրման գործընթաց։ Սա բարելավեց նյութի որակը: Սինտերված կարբիդային փոշիները ներկայումս օգտագործվում են այնպիսի ծրագրերում, որտեղ պահանջվում է բարձր ջերմաստիճան, մաշվածություն և օքսիդացման դիմադրություն:

Քիմիական բնութագրեր

Տիտանի կարբիդի քիմիական հատկությունները որոշում են դրա գործնական նշանակությունը տեխնոլոգիայի մեջ: Այս միացությունն ունի հետևյալ բնութագրերը.

• դիմադրություն HCl-ին, HSO₄, H₃PO_{4, ալկալի;}
• բարձր կոռոզիոն դիմադրություն ալկալային և թթվային լուծույթներում;
• փոխազդեցություն չկա ցինկի հալվածքների հետ, մետալուրգիական խարամի հիմնական տեսակները;
• ակտիվ օքսիդացում միայն 1100 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում;
• պողպատի, չուգունի, նիկելի, կոբալտի, սիլիցիումի հալեցման խոնավացում;
• TiCl_{4առաջացում քլորային միջավայրում t>40 °C-ում:}

Ֆիզիկական և մեխանիկական հատկություններ

Այս նյութի հիմնական ֆիզիկական և մեխանիկական բնութագրերն են՝

1. Ջերմաֆիզիկական՝ հալման կետ – 3260±150 °C; եռման կետ - 4300 ° C; ջերմային հզորություն - 50, 57 J/(K∙mol); ջերմային հաղորդունակություն 20 °C-ում (կախված բովանդակությունիցածխածին) - 6,5-7,1 W/(m∙K).
2. Ամրություն (20 °C-ում)՝ սեղմման ուժը՝ 1380 ՄՊա; առաձգական ուժ (տաք սեղմված կարբիդ) - 500 ՄՊա; միկրոկարծրություն - 15000–31500 ՄՊա; ազդեցության ուժ - 9,5∙10⁴ կՋ/մ^{2; կարծրություն Մոհսի սանդղակի վրա՝ 8-9 միավոր։}
3. Տեխնոլոգիական. մաշվածության արագություն (կախված ածխածնի պարունակությունից) – 0,2-2 մկմ/ժ; շփման գործակիցը `0,4-0,5; եռակցումը վատ է:

Ստանալ

Տիտանի կարբիդի արտադրությունն իրականացվում է մի քանի եղանակով.

• Ածխաջերմային մեթոդ տիտանի երկօքսիդից և պինդ կարբյուրացնող նյութերից (համապատասխանաբար 68 և 32% խառնուրդում): Որպես վերջինս՝ մուրն առավել հաճախ օգտագործվում է։ Հումքը նախ սեղմում են բրիկետների մեջ, որոնք հետո տեղադրվում են կարասի մեջ։ Ածխածնի հագեցվածությունը տեղի է ունենում 2000 °C ջերմաստիճանում ջրածնի պաշտպանիչ մթնոլորտում։
• Տիտանի փոշու ուղղակի կարբիդացում 1600 °C-ում:
• Կեղծհալեցում - մետաղի փոշու տաքացում մուրի բրիկետներով երկաստիճան սխեմայով մինչև 2050 °C: Մուրը լուծվում է տիտանի հալոցքում, և ստացվում է մինչև 1 հազար միկրոն չափի կարբիդային հատիկներ։
• Բոցավառվում է տիտանի փոշու և ածխածնի խառնուրդի վակուումում (նախկինում բրիկետավորված): Այրման ռեակցիան տևում է մի քանի վայրկյան, այնուհետև բաղադրությունը սառչում է։
• Պլազմա-քիմիական մեթոդ հալոգենիդներից. Այս մեթոդը հնարավորություն է տալիս ստանալ ոչ միայն կարբիդային փոշի, այլ նաև ծածկույթներ, մանրաթելեր, միայնակ բյուրեղներ։ Ամենատարածված խառնուրդը տիտանի քլորիդն է, մեթանը և ջրածինը: Գործընթացն իրականացվում է ջերմաստիճանում1200-1500°C: Պլազմային հոսքը ստեղծվում է աղեղային արտանետման միջոցով կամ բարձր հաճախականության գեներատորներում:
• Տիտանի համաձուլվածքի չիպսերից (հիդրոգենացում, մանրացում, ջրազրկում, կարբոնացում կամ ածխածնի սև կարբիդացում):

Այս մեթոդներից մեկով պատրաստված արտադրանքը մշակվում է հղկման ագրեգատներում: Փոշու մեջ մանրացնելն իրականացվում է 1-5 մկմ մասնիկների չափերով։

Մաթելեր և բյուրեղներ

Տիտանի կարբիդի ստացումը միայնակ բյուրեղների տեսքով իրականացվում է մի քանի եղանակով.

1. Հալման եղանակ. Այս տեխնոլոգիայի մի քանի տեսակներ կան. Verneuil գործընթացը; նկարում հեղուկ բաղնիքից, որը ձևավորվել է սինդրոմային ձողերը հալեցնելով. էլեկտրաջերմային մեթոդ աղեղային վառարաններում. Այս տեխնիկան լայնորեն չի կիրառվում, քանի որ դրանք պահանջում են էներգիայի բարձր ծախսեր։
2. Լուծման մեթոդ. Տիտանի և ածխածնի միացությունների խառնուրդը, ինչպես նաև լուծիչի դեր կատարող մետաղները (երկաթ, նիկել, կոբալտ, ալյումին կամ մագնեզիում), ջեռուցվում են գրաֆիտային կարասի մեջ մինչև 2000 ° C վակուումում: Մետաղական հալոցը պահվում է մի քանի ժամ, այնուհետև մշակում են աղաթթվի լուծույթներով և ֆտորաջրածնի լուծույթներով, լվանում և չորացնում, լողում տրիքլորէթիլենի և ացետոնի խառնուրդում՝ գրաֆիտը հեռացնելու համար։ Այս տեխնոլոգիան արտադրում է բարձր մաքրության բյուրեղներ։
3. Պլազմայի-քիմիական սինթեզ ռեակտորում պլազմայի շիթերի փոխազդեցության ժամանակ տիտանի հալոգենիդների հետ TiCl₄, TiI_{4: Որպես ածխածնի աղբյուր օգտագործվում են մեթանը, էթիլենը, բենզոլը, տոլուոլը և այլն։ածխաջրածիններ. Այս մեթոդի հիմնական թերությունները հումքի տեխնոլոգիական բարդությունն ու թունավորությունն են։}

Թելերը ստացվում են 1250-1350 °C ջերմաստիճանի դեպքում տիտանի քլորիդի նստեցմամբ գազային միջավայրում (պրոպան, ածխածնի քառաքլորիդ՝ խառնած ջրածնի հետ):

Տիտանի կարբիդի կիրառում

Այս միացությունն օգտագործվում է որպես բաղադրիչ ջերմակայուն, ջերմակայուն և կոշտ վոլֆրամ չպարունակող համաձուլվածքների, մաշվածության դիմացկուն ծածկույթների, հղկող նյութերի արտադրության մեջ:

Տիտանի կարբիդային կարբիդային համակարգերը օգտագործվում են հետևյալ ապրանքների համար՝

• գործիքներ մետաղի կտրման համար;
• գլանման մեքենաների մասեր;
• ջերմակայուն կարասներ, ջերմազույգի մասեր;
• վառարանի երեսպատում;
• ռեակտիվ շարժիչի մասեր;
• չսպառվող եռակցման էլեկտրոդներ;
• սարքավորումների տարրեր, որոնք նախատեսված են ագրեսիվ նյութեր մղելու համար;
• հղկող մածուկներ մակերեսների փայլեցման և հարդարման համար:

Մասերը պատրաստվում են փոշու մետալուրգիայով:

• փակման և տաք սեղմման միջոցով;
• սայթաքումով ձուլելով գիպսային կաղապարներում և սինթեզելով գրաֆիտային վառարաններում;
• սեղմելով և թրծելով։

Ծածկույթներ

Տիտանի կարբիդային ծածկույթները թույլ են տալիս բարձրացնել մասերի աշխատանքը և միևնույն ժամանակ խնայել թանկարժեք նյութերի վրա: Դրանք բնութագրվում են հետևյալ հատկություններով.

• բարձր մաշվածության դիմադրություն և կարծրություն;
• քիմիական կայունություն;
• շփման ցածր գործակից;
• սառը եռակցման ցածր հակում;
• սանդղակի դիմադրություն.

Տիտանի կարբիդի շերտը բազային նյութի վրա կիրառվում է մի քանի եղանակով.

• Գոլորշիների նստվածք։
• Պլազմայի կամ պայթեցման ցողում.
• Լազերային երեսպատում.
• Իոն-պլազմային ցողում.
• Էլեկտրական կայծային համաձուլվածք.
• Դիֆուզիոն հագեցվածություն.

Cermet-ը նույնպես պատրաստված է տիտանի կարբիդի և նիկելի ջերմակայուն համաձուլվածքների հիման վրա՝ կոմպոզիտային նյութ, որը թույլ է տալիս 10 անգամ ավելացնել մասերի մաշվածության դիմադրությունը հեղուկ միջավայրում: Այս կոմպոզիտի օգտագործումը խոստումնալից է պոմպային սարքավորումների և այլ սարքավորումների ծառայության ժամկետը մեծացնելու համար, որոնք ներառում են ներարկման վարդակներ ջրամբարի ճնշումը պահպանելու համար, բռնկվող այրիչներ, գայլիկոններ, փականներ:

Carbidesteel

Վոլֆրամի և տիտանի կարբիդները օգտագործվում են կարբիդային պողպատների արտադրության համար, որոնք իրենց հատկություններով միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում կոշտ համաձուլվածքների և արագընթաց պողպատների միջև: Հրակայուն մետաղներն ապահովում են նրանց բարձր կարծրություն, ամրություն և մաշվածության դիմադրություն, իսկ պողպատի մատրիցը` ամրություն և ճկունություն: Տիտանի և վոլֆրամի կարբիդի զանգվածային բաժինը կարող է լինել 20-70%: Նման նյութերը ստացվում են վերը նշված փոշու մետալուրգիայի մեթոդներով։

Կարբիդային պողպատներն օգտագործվում են կտրող գործիքների, ինչպես նաև մեքենաների մասերի արտադրության համար,աշխատել ուժեղ մեխանիկական և քայքայիչ մաշվածության պայմաններում (առանցքակալներ, շարժակներ, թփեր, լիսեռներ և այլն):