神一樣的男人三毛 2022-11-24

碳化鈦

英文名稱：Titanium carbide

CAS號：12070-08-5

分子式：CTi

分子量：59。88

EINECS號：235-120-4

Mol檔案號：12070-08-5。mol

碳化鈦 化學性質

熔點 ：3140 °C （lit。）

沸點 ：4820 °C （lit。）

密度 ：4。930 g/mL at 25 °C （lit。）

RTECS號：XR1903500

閃點 ：4820°C

形態：Powder

比重：4。93

顏色：gray

水溶解性 ：Soluble in nitric acid and aqua regia。 Insoluble in water。

晶體結構：Cubic， NaCl Structure

穩定性：Stable。

LogP：0

EPA化學物質資訊：Titanium carbide （TiC） （12070-08-5）

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安全資訊

安全說明 ：16-22

危險品運輸編號 ：UN3178

WGK Germany ：3

TSCA ：Yes

危險等級：4。1

包裝類別：III

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碳化鈦性質、用途與生產工藝

概述：

碳化鈦是典型的過渡金屬碳化物，具有NaCl型立方晶系結構，同時擁有高熔點、高硬度、高楊氏模量、高化學穩定性、耐磨和耐腐蝕、良好的電導和熱導等特性，因此其在切削刀具、宇航部件、耐磨塗層、泡沫陶瓷和紅外輻射陶瓷材料等方面有著廣泛的用途和巨大的潛力。

物理性質：

外觀與性狀：灰色金屬狀面心立方晶格固體，質硬（硬度大於9，僅次於金剛石）顯微硬度2850 kg/mm2；

熔點：3140±90℃

沸點：4820℃

相對密度：4。93

溶解性：不溶於水、鹽酸和硫酸，溶於王水、硝酸和氫氟酸混合液

導電導熱性：具有良好的導熱性和導電性，其導電性隨溫度升高而降低

表1 TiC的物理效能   圖1 TiC的晶體結構圖

化學性質：

在低於800℃時對空氣穩定，在800℃時被氧化的速度緩慢，但粉末狀 TiC在O2中於600℃便可燃燒生成TiO2和CO2。高於2000℃時受空氣侵蝕， 1150℃時能與純O2反應，生成TiO2和CO。

加熱時易與鹵素、氧和氮起作用。

與熔融鹼起反應

在 H2氣中加熱至1500℃以上時逐漸發生脫C作用。

與N2氣在1200℃以上發生反應形成可變組成的混合碳氮化鈦Ti（C，N）。

不與水作用，但在700℃以上時可與水蒸汽作用生成 TiO2、CO和H2。

與CO不發生作用，與CO2在1200℃發生反應生成TiO2和 CO。

製備方法：

1、碳熱還原法：用碳黑還原TiO2，反應溫度範圍在1700-2100℃，化 學反應式為：

TiO2（s）+3C（s）=TiC（S）+2CO（g）

2、直接碳化法：利用Ti粉和炭分反應生成TiC。化學反應式為：

Ti（s）+C（s）=TiC

由於很難製備亞微米級金屬Ti粉， 該方法的應用受到限制，上述反應需5-20 小時才能完成， 且反應過程較難控制， 反應物團聚嚴重， 需進一步的粉磨加工 才能製備出細顆粒TiC 粉體。為得到較純的產品還需對球磨後的細粉用化學方 法提純。此外，由於金屬鈦粉的價格昂貴，使得合成TiC 的成本也高。

3、化學氣相沉積法［7］：該合成法是利用TiCl4，H2和C之間的反應。反 應式為：

TiCl4（g）+2H2（g）+C（s）=TiC（g）+4HCl（l）

反應物與灼熱的鎢或炭單絲接觸而進行反應，TiC晶體直接生長在單絲上，用 這種方法合成的TiC粉體，其產量、有時甚至質量嚴格受到限制， 此外， 由於 TiCl4和產物中的HCl 有強烈的腐蝕性，合成時要特別謹慎。

4、溶膠凝膠法：一種藉助溶液使物料充分混合、分散而製備出小顆 粒尺寸產物的方法。具有化學均勻性好、粉體粒度小且分佈窄、熱處理溫度較 低等優點， 但合成工藝複雜、乾燥收縮較大。

5、微波法

以奈米TiO2和碳黑為原料，利用碳熱還原反應原理，利用微波能對材料加熱。 實際上是利用材料在高頻電場中的介質損耗，將微波能轉變為熱能，使奈米 TiO2和碳合成TiC，其化學反應式如下：

TiO2+3C=TiC+2CO（g）

6、爆炸衝擊法

將二氧化鈦粉末與碳粉按一定比例混合，壓制成Φ10mm×5mm的圓柱製備前驅 體，密度為1。5g/cm3，實驗室裝入金屬約束外筒內。放入自制密閉爆炸容器中 進行實驗，爆炸衝擊波作用後收集爆轟灰。經過初步的篩濾，去除掉鐵屑等大 塊雜質，得到黑色粉末。黑色粉末經王水浸泡24h後變為褐色，最後放入馬弗 爐中，在400℃下煅燒400min，最終得到銀灰色粉末。

7、高頻感應碳熱還原法

將顏料級二氧化鈦粉和木炭粉按摩爾比為 1∶3 和 1∶4 稱量混合， 加入球磨 罐內， 在行星式球磨機上球磨 6～10h ， 轉速為300～400r/min ，然後將球磨 物料在壓片機上壓制成2cm×2cm～2cm×4cm的塊體，最後將物料裝入石墨坩堝 並放入高頻感應加熱裝置內，通氬氣為保護氣氛，逐漸調節高頻感應裝置的電流 至 500A使物料發生碳熱還原反應， 並保溫20min。保溫結束後還原產物在氬氣 氣氛下自然冷卻至室溫，取出還原產物，研磨破碎後得到超細碳化鈦粉末。

8、金屬熱還原法：一種固-液反應法，為放熱反應，因此反應溫度較 低，能耗小，但原料比較昂貴，產物中CaO、MgO被酸洗，得不到回收利用。

9、高溫自蔓延合成法（SHS）

SHS 法源於放熱反應。當加熱到適當的溫度時，細顆粒的Ti粉有很高的反應活 性，因此，一旦點燃後產生的燃燒波透過反應物Ti 和C ， Ti 和C 就會有足夠 的反應熱使之生成TiC，SHS法反應極快，通常不到一秒鐘，該合成法需要高純 、微細的Ti粉作原料， 而且產量有限。

10、反應球磨技術法

反應球磨技術是利用金屬或合金粉末在球磨過程中與其他單質或化合物之間的 化學反應而製備出所需要材料的技術。用反應球磨技術製備奈米材料的主要設 備是高能球磨機， 其主要用來生產奈米晶體材料。反應球磨機理可分為兩類： 一是機械誘發自蔓延高溫合成（SHS）反應， 另一類為無明顯放熱的反應球磨， 其反應過程緩慢。