Titancarbid
| Kristallstruktur | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||
| _ Ti4+ _ C4− | |||||||||||||||||||
| Kristallsystem |
kubisch | ||||||||||||||||||
| Raumgruppe |
Fm3m (Nr. 225) | ||||||||||||||||||
| Koordinationszahlen |
Ti[6], C[6] | ||||||||||||||||||
| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Titancarbid | ||||||||||||||||||
| Verhältnisformel | TiC | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
graue bis schwarze, silberglänzende Verbindung[1] | ||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 59,88 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||||||||
| Dichte |
4,93 g·cm−3[2] | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||||||||||||
| Siedepunkt |
4820 °C[2] | ||||||||||||||||||
| Löslichkeit |
< 10 mg·l−1 in Wasser[2] | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| MAK |
Schweiz: 5 mg·m−3 (gemessen als einatembarer Staub)[3] | ||||||||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | |||||||||||||||||||
Titancarbid ist eine anorganische chemische Verbindung aus den Elementen Titan und Kohlenstoff. In der Natur ist Titancarbid sehr selten als Mineral Khamrabaevit zu finden.[4][5]
Gewinnung und Darstellung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Titancarbid wird bei der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) aus Titan und Methan erzeugt:
Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) wird als Ausgangsmaterial Titan(IV)-chlorid verwendet:
Titancarbid kann durch carbothermische Reduktion von Titandioxid
oder durch Synthese aus den Elementen oder durch ein Aufwachsverfahren ähnlich wie Titannitrid gewonnen werden.[6] Bei ersterer Reaktion können je nach Reaktionsbedingungen an Luft auch Mischkristalle in Form von Titancarbonitrid (TiCN) oder Titancarboxynitrid (TiCON) entstehen.[7]
Besonders reines, stöchiometrisch zusammengesetztes Titancarbid scheidet sich bei festgelegtem Titan(IV)-chlorid/Kohlenstofftetrachlorid-Verhältnis an auf mehr als 1250 °C erhitzten Graphitstäben ab.[6]
Eigenschaften
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Titancarbid ist ein graues brennbares Pulver, das praktisch unlöslich in Wasser ist.[2] Es ist unlöslich in Salzsäure und Schwefelsäure, jedoch löslich in Salpetersäure. An Luft ist es bis 800 °C stabil. Bei sehr guter elektrischer Leitfähigkeit besitzt es einen positiven Temperaturkoeffizienten. Titancarbid besitzt eine Kristallstruktur vom Natriumchlorid-Typ mit beträchtlicher Phasenbreite (TiC1,0 bis TiC0,3).[6][8] Bei den unterstöchiometrischen Verbindungen bleiben die Plätze der Nichtmetallatome unbesetzt. Eine vollständige Besetzung wird auffallenderweise nicht ganz erreicht (TiC0,98).[9] Es zeichnet sich durch eine besonders hohe Härte von bis zu 4000 HV aus.[10] Die Biegebruchfestigkeit liegt bei 240–400 MPa, die Härte HV1 bei 22–30 GPa und der Elastizitätsmodul bei 550–570 GPa.[11]
Verwendung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Der Stoff wird als Beschichtungsmaterial für Wendeschneidplatten, Fräswerkzeuge, Räumnadeln, Formwerkzeuge, Sägeblätter etc. verwendet.
Weitere Verwendung findet Titancarbid im allgemeinen Werkzeugbau und in der chemischen Industrie als wesentlicher Bestandteil der Sinter-Werkstofffamilie Ferro-Titanit[12][13] bzw. allgemein als Bestandteil von rost- und säurebeständigen Stählen und Hartmetallen.[7] So ist es mit bis zu 4 % Bestandteil der Hartmetalle der Gruppe K, bis zu 10 % in Hartmetallen der Gruppe M und bis zu 43 % in der Gruppe P. Titancarbid erhöht die Warmfestigkeit, Härte und Oxidationsbeständigkeit.[14]
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 1421.
- ↑ a b c d e f Eintrag zu CAS-Nr. 12070-08-5 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 14. Dezember 2012. (JavaScript erforderlich)
- ↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 12070-08-5 bzw. Titancarbid), abgerufen am 2. November 2015.
- ↑ Mineralienatlas:Khamrabaevit
- ↑ Khamrabaevite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (handbookofmineralogy.org [PDF; 43 kB; abgerufen am 24. Februar 2018]).
- ↑ a b c Georg Brauer (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band II, Ferdinand Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 1385.
- ↑ a b Horst Briehl: Chemie der Werkstoffe. Springer, 2007, ISBN 978-3-8351-0223-1, S. 244 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Erwin Riedel, Christoph Janiak: Anorganische Chemie. Walter de Gruyter, 2011, ISBN 3-11-022567-0, S. 788 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Werner Schatt, Klaus-Peter Wieters, Bernd Kieback: Pulvermetallurgie. Springer, 2006, ISBN 978-3-540-23652-8, S. 506 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Eifeler Unternehmensgruppe: High Tech Beschichtungen - Titancarbid ( vom 28. Dezember 2013 im Internet Archive)
- ↑ Hans Kurt Tönshoff: Werkzeuge für die moderne Fertigung: Möglichkeiten zur Rationalisierung in der spanenden Fertigung (= Kontakt & Studium. Band 370). expert verlag, 1993, ISBN 3-8169-0766-0, S. 50 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ F. Frehn: Neue Korrosions- und Verschleißfeste, bearbeitbare Hartstoffe: Ferro-Titanit für die chemische Technik. In: Materials and Corrosion. Band 30, Nr. 12, Dezember 1979, S. 870–872, doi:10.1002/maco.19790301208.
- ↑ Deutsche Edelstahlwerke: Ferro-Titanit - Pulver-metallurgische Hartstoffe
- ↑ Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulze: Werkstoffkunde. Springer DE, 2008, ISBN 978-3-540-79297-0, S. 333 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).