Титан карбид: үйлдвэрлэл, найрлага, зорилго, шинж чанар, хэрэглээ

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-02 13:59

Титан карбид нь вольфрамын ирээдүйтэй аналогуудын нэг юм. Энэ нь физик, механик шинж чанарын хувьд сүүлийнхээс доогуур биш бөгөөд энэ нэгдлийг үйлдвэрлэх нь илүү хэмнэлттэй байдаг. Энэ нь карбид хайчлах хэрэгсэл үйлдвэрлэх, түүнчлэн газрын тос болон ерөнхий инженерчлэл, нисэх онгоц, пуужингийн үйлдвэрлэлд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг.

Нээлтийн тайлбар ба түүх

Титан карбид нь химийн элементүүдийн үелэх системийн шилжилтийн металлын нэгдлүүдийн дунд онцгой байр эзэлдэг. Энэ нь тусгай хатуулаг, халуунд тэсвэртэй, бат бөх чанараараа ялгагддаг бөгөөд энэ нь вольфрам агуулаагүй хатуу хайлшийн үндэс болгон өргөн хэрэглээг тодорхойлдог. Энэ бодисын химийн томъёо нь TiC юм. Гаднах байдлаараа цайвар саарал нунтаг юм.

Үүний үйлдвэрлэл нь 1920-иод онд улайсдаг чийдэн үйлдвэрлэдэг компаниуд вольфрамын утас үйлдвэрлэх үнэтэй технологиос өөр хувилбар хайж байх үед эхэлсэн. Үүний үр дүнд цементжүүлсэн карбид үйлдвэрлэх аргыг зохион бүтээсэн. Энэ технологи нь хямд байсан, учир нь түүхий эд -титаны давхар исэл илүү боломжийн байсан.

1970 онд титан нитритийг ашиглаж эхэлсэн нь цементэн холболтын зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлэх, хром, никель нэмэлтүүд нь титан карбидын зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлэх боломжтой болсон. 1980 онд жигд шахалтын (даралтын) нөлөөн дор нунтаг нунтаглах процессыг боловсруулсан. Энэ нь материалын чанарыг сайжруулсан. Синтержүүлсэн карбидын нунтагыг одоогоор өндөр температур, элэгдэл, исэлдэлтийн эсэргүүцэл шаардлагатай хэрэглээнд ашиглаж байна.

Химийн шинж чанар

Титан карбидын химийн шинж чанар нь түүний технологийн практик ач холбогдлыг тодорхойлдог. Энэ нэгдэл нь дараах шинж чанартай:

• HCl, HSO₄, H₃PO_{4, шүлтлэг;}
• шүлтлэг ба хүчиллэг уусмал дахь зэврэлтэнд тэсвэртэй;
• металлургийн үндсэн төрөл болох цайрын хайлмалтай харилцан үйлчлэлцдэггүй;
• зөвхөн 1100 °C-аас дээш температурт идэвхтэй исэлдэлт;
• ган, ширэм, никель, кобальт, цахиурын хайлмал норгох чадвар;
• хлорын орчинд t>40 °C-д TiCl_{4 үүснэ.}

Физик ба механик шинж чанар

Энэ бодисын үндсэн физик, механик шинж чанарууд нь:

1. Термофизик: хайлах цэг – 3260±150 °C; буцлах цэг - 4300 ° C; дулааны хүчин чадал - 50, 57 Дж / (К∙моль); дулаан дамжилтын илтгэлцүүр 20°С (агуулгаас хамаарчнүүрстөрөгч) - 6.5-7.1 Вт/(м∙К).
2. Хүч чадал (20 °C-д): шахалтын бат бэх - 1380 МПа; суналтын бат бэх (халуун дарагдсан карбид) - 500 МПа; бичил хатуулаг - 15,000-31,500 МПа; цохилтын хүч - 9.5∙10⁴ кЖ/м^{2; Mohs масштабын хатуулаг - 8-9 нэгж.}
3. Технологийн: элэгдлийн хурд (нүүрстөрөгчийн агууламжаас хамаарч) – 0.2-2 мкм/ц; үрэлтийн коэффициент - 0.4-0.5; гагнах чадвар муу.

Хүлээн авах

Титан карбидын үйлдвэрлэлийг хэд хэдэн аргаар явуулдаг:

• Титаны давхар исэл ба хатуу нүүрстөрөгчийн материалаас нүүрстөрөгчийн дулааны арга (хольцонд тус тус 68 ба 32%). Сүүлчийнх шиг тортог ихэвчлэн ашиглагддаг. Түүхий эдийг эхлээд шахмал түлш болгон шахаж, дараа нь тигелд хийнэ. Нүүрстөрөгчийн ханалт нь устөрөгчийн хамгаалалтын уур амьсгалд 2000 °C температурт явагддаг.
• 1600 °C-т титан нунтагыг шууд карбиджуулах.
• Псевдо хайлуулах - хөө тортог шахмал түлшээр хоёр үе шаттай схемээр 2050 ° C хүртэл металлын нунтаг халаах. Титан хайлмагт хөө тортог уусдаг ба гаралт нь 1 мянган микрон хүртэл хэмжээтэй карбидын ширхэг юм.
• Титан нунтаг ба нүүрстөрөгчийн хар (өмнө нь шахмал түлшээр бэлтгэсэн) хольцын вакуумд асаах. Шаталтын урвал хэдхэн секунд үргэлжилж, дараа нь найрлагыг хөргөнө.
• Галидуудаас плазм-химийн арга. Энэ арга нь зөвхөн карбидын нунтаг төдийгүй бүрээс, утас, нэг талстыг авах боломжийг олгодог. Хамгийн түгээмэл хольц бол титан хлорид, метан, устөрөгч юм. Процесс нь температурт явагддаг1200-1500 ° C. Плазмын урсгалыг нумын цэнэг эсвэл өндөр давтамжийн генератор ашиглан үүсгэнэ.
• Титан хайлшны чипсээс (устөрөгчжүүлэх, нунтаглах, усгүйжүүлэх, карбонжуулах эсвэл нүүрстөрөгчийн хар карбиджилт).

Эдгээр аргуудын аль нэгээр хийсэн бүтээгдэхүүнийг нунтаглах төхөөрөмжид боловсруулдаг. Нунтаглахдаа 1-5 микрон хэмжээтэй ширхэгтэй болтол нунтаглана.

Этлэг ба талстууд

Титан карбидыг дан талст хэлбэрээр авах нь хэд хэдэн аргаар явагддаг:

1. Хайлуулах арга. Энэ технологийн хэд хэдэн сорт байдаг: Verneuil процесс; шингэрүүлсэн саваа хайлуулах замаар үүссэн шингэн баннаас зурах; нуман зууханд цахилгаан дулааны арга. Эдгээр техник нь эрчим хүчний өндөр зардал шаарддаг тул өргөн хэрэглэгддэггүй.
2. Шийдлийн арга. Титан ба нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийн холимог, түүнчлэн уусгагч (төмөр, никель, кобальт, хөнгөн цагаан эсвэл магни) үүрэг гүйцэтгэдэг металлуудыг бал чулууны тигелд вакуумд 2000 ° C хүртэл халаана. Металл хайлмалыг хэдэн цагийн турш байлгаж, дараа нь давсны хүчлийн уусмал, устөрөгчийн хайлуур жоншны уусмалаар эмчилж, угааж, хатааж, трихлорэтилен, ацетон холимогт хөвж бал чулууг арилгана. Энэ технологи нь өндөр цэвэршилттэй талстуудыг үйлдвэрлэдэг.
3. Сийвэнгийн тийрэлтэт титан галоген TiCl₄, TiI_{4-тай плазмын тийрэлтэт харилцан үйлчлэлийн үед реактор дахь плазм-химийн синтез. Метан, этилен, бензол, толуол болон бусад бодисыг нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болгон ашигладаг.нүүрсустөрөгч. Энэ аргын гол сул тал нь технологийн нарийн төвөгтэй байдал, түүхий эдийн хоруу чанар юм.}

Эслэгийг титан хлоридыг хийн орчинд (пропан, устөрөгчтэй холилдсон дөрвөн хлорт нүүрстөрөгч) 1250-1350 °C температурт тунаснаар гаргаж авдаг.

Титан карбидын хэрэглээ

Энэ нэгдлийг халуунд тэсвэртэй, халуунд тэсвэртэй, хатуу вольфрамгүй хайлш, элэгдэлд тэсвэртэй бүрээс, зүлгүүрийн материал үйлдвэрлэхэд бүрэлдэхүүн хэсэг болгон ашигладаг.

Титан карбидын карбидын системийг дараах бүтээгдэхүүнүүдэд ашигладаг:

• металл хайчлах хэрэгсэл;
• гулсмал машины эд анги;
• халуунд тэсвэртэй тигель, термопар эд анги;
• зуухны доторлогоо;
• тийрэлтэт хөдөлгүүрийн эд анги;
• хэрэглээний бус гагнуурын электродууд;
• түрэмгий материалыг шахах зориулалттай тоног төхөөрөмжийн элементүүд;
• гадаргууг өнгөлөх, өнгөлөх зориулалттай зүлгүүрийн оо.

Эд ангиудыг нунтаг металлургийн аргаар хийсэн:

• синтерлэх, халуун шахах замаар;
• гипсэн хэвэнд гулсуулж цутгаж, бал чулуун зууханд агломержуулах замаар;
• дарж шахах замаар.

Бүрээс

Титан карбидын бүрээс нь эд ангиудын гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ үнэтэй материалыг хэмнэх боломжийг олгодог. Тэдгээр нь дараах шинж чанаруудаар тодорхойлогддог:

• элэгдэлд тэсвэртэй, хатуулаг;
• химийн тогтвортой байдал;
• үрэлтийн бага коэффициент;
• хүйтэн гагнуур хийх чадвар бага;
• масштаб эсэргүүцэл.

Титан карбидын давхаргыг үндсэн материалд хэд хэдэн аргаар хэрэглэнэ:

• Уур хуримтлагдах.
• Пласм эсвэл тэсэлгээний шүрших.
• Лазер бүрээс.
• Ион-плазмаар цацах.
• Цахилгаан оч хайлш.
• Диффузийн ханалт.

Cermet нь титан карбид ба никель халуунд тэсвэртэй хайлш дээр суурилсан бөгөөд шингэн орчинд эд ангиудын элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг 10 дахин нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог нийлмэл материал юм. Энэхүү нийлмэл материалыг ашиглах нь усан сангийн даралтыг хадгалах зориулалттай тарилгын хушуу, галын шатаагч, өрмийн хошуу, хавхлага зэрэг шахуургын төхөөрөмж болон бусад төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг нэмэгдүүлэх ирээдүйтэй юм.

Карбидынган

Вольфрам ба титан карбидыг карбидын ган үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд тэдгээр нь шинж чанараараа хатуу хайлш ба өндөр хурдны гангийн хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг. Галд тэсвэртэй металлууд нь өндөр хатуулаг, хүч чадал, элэгдэлд тэсвэртэй, ган матриц нь хатуулаг, уян хатан чанарыг өгдөг. Титан ба вольфрамын карбидын массын хувь нь 20-70% байж болно. Ийм материалыг дээр дурдсан нунтаг металлургийн аргаар гаргаж авдаг.

Карбидын ган нь огтлох хэрэгсэл, түүнчлэн машины эд анги,хүчтэй механик болон идэмхий элэгдлийн нөхцөлд ажиллах (холхивч, араа, бут, босоо ам болон бусад).