碳化钛

碳化钛是典型的过渡金属碳化物，具有NaCl型立方晶系结构，同时拥有高熔点、高硬度、高杨氏模量、高化学稳定性、耐磨和耐腐蚀、良好的电导和热导等特性，因此其在切削刀具、宇航部件、耐磨涂层、泡沫陶瓷和红外辐射陶瓷材料等方面有着广泛的用途和巨大的潜力。

外观与性状：灰色金属状面心立方晶格固体，质硬（硬度大于9，仅次于金刚石）显微硬度2850 kg/mm2；
熔点：3140±90℃
沸点：4820℃
相对密度：4.93
溶解性：不溶于水、盐酸和硫酸，溶于王水、硝酸和氢氟酸混合液
导电导热性：具有良好的导热性和导电性，其导电性随温度升高而降低
表1 TiC的物理性能图1 TiC的晶体结构图

在低于800℃时对空气稳定，在800℃时被氧化的速度缓慢，但粉末状 TiC在O₂中于600℃便可燃烧生成TiO₂和CO₂。高于2000℃时受空气侵蚀， 1150℃时能与纯O₂反应，生成TiO₂和CO。
加热时易与卤素、氧和氮起作用。
与熔融碱起反应
在 H₂气中加热至1500℃以上时逐渐发生脱C作用。
与N₂气在1200℃以上发生反应形成可变组成的混合碳氮化钛Ti(C，N)。
不与水作用，但在700℃以上时可与水蒸汽作用生成 TiO₂、CO和H₂。
与CO不发生作用，与CO₂在1200℃发生反应生成TiO₂和 CO。

1、碳热还原法：用碳黑还原TiO2，反应温度范围在1700-2100℃，化 学反应式为：
TiO2(s)+3C(s)=TiC(S)+2CO(g)
2、直接碳化法：利用Ti粉和炭分反应生成TiC。化学反应式为：
Ti(s)+C(s)=TiC
由于很难制备亚微米级金属Ti粉, 该方法的应用受到限制，上述反应需5-20 小时才能完成, 且反应过程较难控制, 反应物团聚严重, 需进一步的粉磨加工 才能制备出细颗粒TiC 粉体。为得到较纯的产品还需对球磨后的细粉用化学方 法提纯。此外，由于金属钛粉的价格昂贵，使得合成TiC 的成本也高。
3、化学气相沉积法[7]：该合成法是利用TiCl4，H2和C之间的反应。反 应式为：
TiCl4(g)+2H2(g)+C(s)=TiC(g)+4HCl(l)
反应物与灼热的钨或炭单丝接触而进行反应，TiC晶体直接生长在单丝上，用 这种方法合成的TiC粉体，其产量、有时甚至质量严格受到限制, 此外, 由于 TiCl4和产物中的HCl 有强烈的腐蚀性，合成时要特别谨慎。
4、溶胶凝胶法：一种借助溶液使物料充分混合、分散而制备出小颗 粒尺寸产物的方法。具有化学均匀性好、粉体粒度小且分布窄、热处理温度较 低等优点, 但合成工艺复杂、干燥收缩较大。
5、微波法
以纳米TiO2和碳黑为原料，利用碳热还原反应原理，利用微波能对材料加热。 实际上是利用材料在高频电场中的介质损耗，将微波能转变为热能，使纳米 TiO2和碳合成TiC，其化学反应式如下：
TiO2+3C=TiC+2CO(g)
6、爆炸冲击法
将二氧化钛粉末与碳粉按一定比例混合，压制成Φ10mm×5mm的圆柱制备前驱 体，密度为1.5g/cm3，实验室装入金属约束外筒内。放入自制密闭爆炸容器中 进行实验，爆炸冲击波作用后收集爆轰灰。经过初步的筛滤，去除掉铁屑等大 块杂质，得到黑色粉末。黑色粉末经王水浸泡24h后变为褐色，最后放入马弗 炉中，在400℃下煅烧400min，最终得到银灰色粉末。
7、高频感应碳热还原法
将颜料级二氧化钛粉和木炭粉按摩尔比为 1∶3 和 1∶4 称量混合, 加入球磨 罐内, 在行星式球磨机上球磨 6～10h , 转速为300～400r/min ,然后将球磨 物料在压片机上压制成2cm×2cm～2cm×4cm的块体,最后将物料装入石墨坩埚 并放入高频感应加热设备内,通氩气为保护气氛,逐渐调节高频感应设备的电流 至 500A使物料发生碳热还原反应, 并保温20min。保温结束后还原产物在氩气 气氛下自然冷却至室温,取出还原产物,研磨破碎后得到超细碳化钛粉末。
8、金属热还原法：一种固-液反应法，为放热反应，因此反应温度较 低，能耗小，但原料比较昂贵，产物中CaO、MgO被酸洗，得不到回收利用。
9、高温自蔓延合成法(SHS)
SHS 法源于放热反应。当加热到适当的温度时，细颗粒的Ti粉有很高的反应活 性，因此，一旦点燃后产生的燃烧波通过反应物Ti 和C , Ti 和C 就会有足够 的反应热使之生成TiC，SHS法反应极快，通常不到一秒钟，该合成法需要高纯 、微细的Ti粉作原料, 而且产量有限。
10、反应球磨技术法
反应球磨技术是利用金属或合金粉末在球磨过程中与其他单质或化合物之间的 化学反应而制备出所需要材料的技术。用反应球磨技术制备纳米材料的主要设 备是高能球磨机, 其主要用来生产纳米晶体材料。反应球磨机理可分为两类: 一是机械诱发自蔓延高温合成(SHS)反应, 另一类为无明显放热的反应球磨, 其反应过程缓慢。

1.用于切削刀具、耐磨涂层、模具制造、制作熔炼金属金属坩埚等诸多领域；
2.用于粉末冶金生产陶瓷、硬质冶金零件的原料，如拉丝膜、硬质合金模具等；做成复相陶瓷可以应用于硬质刀具、军事装甲材料、宇航部件,如燃气舱、发动机、喷管内衬、涡轮转子、叶片以及核反应堆中的结构部件;
3.作为涂层材料,可作为金刚石涂层、聚变堆中的抗氚涂层、电接触涂层、掘机截齿涂层,以及制作泡沫陶瓷、红外辐射陶瓷材料等.

碳化钛为灰白色金属样粉末，属氯化钠型立方结晶系，相对密度4.93，熔点3140℃，沸点．4820℃，极硬，莫氏硬度9～10，显微硬度3000kg/mm²，弹性模量2940 N/mm²，抗弯强度240～400 N/mm²，热传导系数7.74×10^-6/K，热导率21 w/(m?K)，生成热-183.4kJ/mol，室温电阻60μΩ。不溶于水，溶于硝酸。 用作切削工具材料的添加剂和金属铋、锌、镉熔融坩埚，制备半导体耐磨薄膜，HDD大容量记忆装置。 是硬质合金的重要成分，用作金属陶瓷，还可用来制造切削工具，炼钢工业中用作脱氧剂 用作金属陶瓷，具有高硬度、耐腐蚀、热稳定性好的特点。还可用来制造切削工具。在炼钢工业中用作脱氧剂。 二氧化钛还原法以二氧化钛和炭黑为原料制备碳化钛：将高纯二氧化钛和炭黑按质量比68.5：31.5比例充分混合，干粉混合物加压成型(块)，用水平碳管炉或立式碳管炉在氢气气氛下，于1900～2300℃还原制得块状TiC，经粉碎得粉末产品。其
直接法以海绵钛和炭黑为原料制备碳化钛：海绵钛和炭黑按比例混合，在高纯氢气流中加热至1500～1700℃反应制得碳化钛，其