टाइटेनियम कार्बाइड: उत्पादन, संरचना, उद्देश्य, गुण और अनुप्रयोग

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-02 13:55

टाइटेनियम कार्बाइड टंगस्टन के आशाजनक एनालॉग्स में से एक है। यह भौतिक और यांत्रिक गुणों के मामले में उत्तरार्द्ध से कम नहीं है, और इस यौगिक का निर्माण अधिक किफायती है। यह कार्बाइड काटने के उपकरण के साथ-साथ तेल और सामान्य इंजीनियरिंग, विमानन और रॉकेट उद्योगों के उत्पादन में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

खोज का विवरण और इतिहास

टाइटेनियम कार्बाइड रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी के संक्रमण धातु यौगिकों में एक विशेष स्थान रखता है। यह अपनी विशेष कठोरता, गर्मी प्रतिरोध और ताकत से अलग है, जो कठोर मिश्र धातुओं के आधार के रूप में इसके व्यापक उपयोग को निर्धारित करता है जिसमें टंगस्टन नहीं होता है। इस पदार्थ का रासायनिक सूत्र TiC है। बाह्य रूप से, यह हल्के भूरे रंग का पाउडर होता है।

इसका उत्पादन 1920 के दशक में शुरू हुआ, जब गरमागरम बल्ब बनाने वाली कंपनियां टंगस्टन फिलामेंट्स के निर्माण के लिए महंगी तकनीक के विकल्प की तलाश में थीं। नतीजतन, सीमेंटेड कार्बाइड के उत्पादन की एक विधि का आविष्कार किया गया था। यह तकनीक कम खर्चीली थी, क्योंकि कच्चा माल -टाइटेनियम डाइऑक्साइड अधिक किफायती था।

1970 में, टाइटेनियम नाइट्राइट का उपयोग शुरू हुआ, जिससे सीमेंटेड जोड़ों की चिपचिपाहट बढ़ाना संभव हो गया, और क्रोमियम और निकल एडिटिव्स ने टाइटेनियम कार्बाइड के संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाना संभव बना दिया। 1980 में, समान संपीड़न (दबाने) के प्रभाव में पाउडर सिंटरिंग के लिए एक प्रक्रिया विकसित की गई थी। इससे सामग्री की गुणवत्ता में सुधार हुआ। सिन्जेड कार्बाइड पाउडर वर्तमान में उन अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जहां उच्च तापमान, पहनने और ऑक्सीकरण प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।

रासायनिक विशेषताएं

टाइटेनियम कार्बाइड के रासायनिक गुण प्रौद्योगिकी में इसके व्यावहारिक महत्व को निर्धारित करते हैं। इस यौगिक में निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

• एचसीएल का प्रतिरोध, एचएसओ₄, एच₃पीओ_{4, क्षार;}
• क्षारीय और एसिड समाधान में उच्च संक्षारण प्रतिरोध;
• जस्ता पिघलने के साथ कोई बातचीत नहीं, मुख्य प्रकार के धातुकर्म स्लैग;
• सक्रिय ऑक्सीकरण केवल 1100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर;
• स्टील, कास्ट आयरन, निकेल, कोबाल्ट, सिलिकॉन की पिघलने की क्षमता;
• TiCl का गठन_{4क्लोरीन माध्यम में t>40 °C पर।}

भौतिक और यांत्रिक गुण

इस पदार्थ की मुख्य भौतिक और यांत्रिक विशेषताएं हैं:

1. थर्मोफिजिकल: गलनांक - 3260 ± 150 डिग्री सेल्सियस; क्वथनांक - 4300 डिग्री सेल्सियस; ताप क्षमता - 50, 57 जे/(K∙mol); 20 डिग्री सेल्सियस पर तापीय चालकता (सामग्री के आधार पर)कार्बन) - 6.5-7.1 डब्ल्यू/(एम∙के)।
2. ताकत (20 डिग्री सेल्सियस पर): संपीड़ित ताकत - 1380 एमपीए; तन्य शक्ति (गर्म दबाया कार्बाइड) - 500 एमपीए; सूक्ष्म कठोरता - 15,000–31,500 एमपीए; प्रभाव शक्ति - 9.5∙10⁴ kJ/m^{2; मोह पैमाने पर कठोरता - 8-9 इकाइयां।}
3. तकनीकी: पहनने की दर (कार्बन सामग्री के आधार पर) - 0.2-2 µm/h; घर्षण गुणांक - 0.4-0.5; वेल्डेबिलिटी खराब है।

प्राप्त

टाइटेनियम कार्बाइड का उत्पादन कई तरीकों से किया जाता है:

• टाइटेनियम डाइऑक्साइड और ठोस कार्बराइजिंग सामग्री से कार्बन-थर्मल विधि (मिश्रण में क्रमशः 68 और 32%)। उत्तरार्द्ध के रूप में, कालिख का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। कच्चे माल को पहले ब्रिकेट में दबाया जाता है, जिसे बाद में एक क्रूसिबल में रखा जाता है। हाइड्रोजन के सुरक्षात्मक वातावरण में 2000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर कार्बन संतृप्ति होती है।
• टाइटेनियम पाउडर का 1600 डिग्री सेल्सियस पर प्रत्यक्ष कार्बाइडीकरण।
• छद्म-पिघलना - 2050 डिग्री सेल्सियस तक दो चरणों वाली योजना में कालिख ब्रिकेट के साथ धातु के पाउडर को गर्म करना। टाइटेनियम पिघल में कालिख घुल जाती है, और उत्पादन 1 हजार माइक्रोन आकार तक कार्बाइड अनाज होता है।
• टाइटेनियम पाउडर और कार्बन ब्लैक (पहले ब्रिकेट किया हुआ) के मिश्रण के निर्वात में प्रज्वलन। दहन प्रतिक्रिया कुछ सेकंड तक चलती है, फिर रचना ठंडी हो जाती है।
• हैलाइड से प्लाज्मा-रासायनिक विधि। यह विधि न केवल कार्बाइड पाउडर, बल्कि कोटिंग्स, फाइबर, एकल क्रिस्टल प्राप्त करना संभव बनाती है। सबसे आम मिश्रण टाइटेनियम क्लोराइड, मीथेन और हाइड्रोजन है। प्रक्रिया एक तापमान पर की जाती है1200-1500 डिग्री सेल्सियस। प्लाज्मा प्रवाह एक चाप निर्वहन या उच्च आवृत्ति जनरेटर में बनाया जाता है।
• टाइटेनियम मिश्र धातु चिप्स से (हाइड्रोजनीकरण, पीस, डिहाइड्रोजनीकरण, कार्बोनेशन या कार्बन ब्लैक कार्बिडाइजेशन)।

इन विधियों में से किसी एक द्वारा निर्मित उत्पाद को ग्राइंडिंग इकाइयों में संसाधित किया जाता है। पाउडर में पीसकर 1-5 माइक्रोन के कण आकार में किया जाता है।

फाइबर और क्रिस्टल

एकल क्रिस्टल के रूप में टाइटेनियम कार्बाइड प्राप्त करना कई तरीकों से किया जाता है:

1. पिघलने का तरीका। इस तकनीक की कई किस्में हैं: वर्न्यूइल प्रक्रिया; पापी छड़ों को पिघलाकर बनने वाले तरल स्नान से चित्र बनाना; चाप भट्टियों में इलेक्ट्रोथर्मल विधि। इन तकनीकों का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है क्योंकि इन्हें उच्च ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है।
2. समाधान विधि। टाइटेनियम और कार्बन यौगिकों का मिश्रण, साथ ही धातुएं जो एक विलायक (लोहा, निकल, कोबाल्ट, एल्यूमीनियम या मैग्नीशियम) की भूमिका निभाती हैं, को ग्रेफाइट क्रूसिबल में 2000 डिग्री सेल्सियस तक वैक्यूम में गर्म किया जाता है। धातु पिघल को कई घंटों तक रखा जाता है, फिर हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान और हाइड्रोजन फ्लोराइड के साथ इलाज किया जाता है, धोया और सुखाया जाता है, ग्रेफाइट को हटाने के लिए ट्राइक्लोरोइथिलीन और एसीटोन के मिश्रण में तैरता है। यह तकनीक उच्च शुद्धता के क्रिस्टल पैदा करती है।
टाइटेनियम हैलाइड्स के साथ प्लाज्मा जेट की परस्पर क्रिया के दौरान रिएक्टर में
3. प्लाज्मा-रासायनिक संश्लेषण TiCl₄, TiI_{4। मीथेन, एथिलीन, बेंजीन, टोल्यूनि और अन्य का उपयोग कार्बन स्रोत के रूप में किया जाता है।हाइड्रोकार्बन। इस पद्धति का मुख्य नुकसान कच्चे माल की तकनीकी जटिलता और विषाक्तता है।}

फाइबर टाइटेनियम क्लोराइड को 1250-1350 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गैसीय माध्यम (प्रोपेन, हाइड्रोजन के साथ मिश्रित कार्बन टेट्राक्लोराइड) में जमा करके प्राप्त किया जाता है।

टाइटेनियम कार्बाइड का अनुप्रयोग

इस यौगिक का उपयोग गर्मी प्रतिरोधी, गर्मी प्रतिरोधी और कठोर टंगस्टन मुक्त मिश्र धातुओं, पहनने के लिए प्रतिरोधी कोटिंग्स, अपघर्षक सामग्री के निर्माण में एक घटक के रूप में किया जाता है।

निम्न उत्पादों के लिए टाइटेनियम कार्बाइड सिस्टम का उपयोग किया जाता है:

• धातु काटने के उपकरण;
• रोलिंग मशीन के पुर्जे;
• गर्मी प्रतिरोधी क्रूसिबल, थर्मोकपल भाग;
• फर्नेस लाइनिंग;
• जेट इंजन के पुर्जे;
• गैर-उपभोज्य वेल्डिंग इलेक्ट्रोड;
• आक्रामक सामग्री को पंप करने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों के तत्व;
• अपघर्षक पेस्ट सतहों को चमकाने और परिष्करण के लिए।

पाउडर धातु विज्ञान द्वारा पुर्जे बनाए जाते हैं:

• सिन्टरिंग और गर्म दबाने से;
• प्लास्टर मोल्ड्स में स्लिप कास्टिंग और ग्रेफाइट फर्नेस में सिंटरिंग द्वारा;
• दबाकर और सिंटरिंग करके।

कोटिंग्स

टाइटेनियम कार्बाइड कोटिंग्स आपको भागों के प्रदर्शन को बढ़ाने और साथ ही महंगी सामग्री को बचाने की अनुमति देती हैं। वे निम्नलिखित गुणों की विशेषता रखते हैं:

• उच्च पहनने के प्रतिरोध और कठोरता;
• रासायनिक स्थिरता;
• घर्षण का कम गुणांक;
• कोल्ड वेल्डिंग के लिए कम प्रवृत्ति;
• पैमाने पर प्रतिरोध।

आधार सामग्री पर टाइटेनियम कार्बाइड की एक परत कई तरह से लगाई जाती है:

• वाष्प जमाव।
• प्लाज्मा या विस्फोट छिड़काव।
• लेजर क्लैडिंग।
• आयन-प्लाज्मा छिड़काव।
• इलेक्ट्रो-स्पार्क मिश्र धातु।
• प्रसार संतृप्ति।

Cermet भी टाइटेनियम कार्बाइड और निकल गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं के आधार पर बनाया जाता है - एक मिश्रित सामग्री जो तरल मीडिया में भागों के पहनने के प्रतिरोध को 10 गुना तक बढ़ाने की अनुमति देती है। इस कंपोजिट का उपयोग पंपिंग उपकरण और अन्य उपकरणों के सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए आशाजनक है, जिसमें जलाशय के दबाव को बनाए रखने के लिए इंजेक्शन नोजल, फ्लेयर बर्नर, ड्रिल बिट्स, वाल्व शामिल हैं।

कार्बाइडस्टील

टंगस्टन और टाइटेनियम कार्बाइड का उपयोग कार्बाइड स्टील्स के निर्माण के लिए किया जाता है, जो अपने गुणों में कठोर मिश्र धातुओं और उच्च गति वाले स्टील्स के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। आग रोक धातु उन्हें उच्च कठोरता, शक्ति और पहनने के प्रतिरोध, और स्टील मैट्रिक्स - क्रूरता और लचीलापन प्रदान करते हैं। टाइटेनियम और टंगस्टन कार्बाइड का द्रव्यमान अंश 20-70% हो सकता है। ऐसी सामग्री ऊपर बताए गए पाउडर धातु विज्ञान के तरीकों से प्राप्त की जाती है।

कार्बाइड स्टील्स का उपयोग काटने के उपकरण, साथ ही मशीन के पुर्जों के उत्पादन के लिए किया जाता है,मजबूत यांत्रिक और संक्षारक पहनने (बीयरिंग, गियर, बुशिंग, शाफ्ट और अन्य) की स्थितियों में काम करना।