Titancarbid

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Kristallstruktur
Struktur von Titancarbid
__ Ti4+     __ C4−
Kristallsystem

kubisch

Raumgruppe

Fm\bar{3}m

Koordinationszahlen

Ti[6], C[6]

Allgemeines
Name Titancarbid
Verhältnisformel TiC
CAS-Nummer 12070-08-5
Kurzbeschreibung

graue bis schwarze, silberglänzende Verbindung [1]

Eigenschaften
Molare Masse 59,88 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

4,93 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

3140 °C[2]

Siedepunkt

4820 °C[2]

Löslichkeit

10 mg·l−1 in Wasser[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Titancarbid ist eine anorganische chemische Verbindung aus den Elementen Titan und Kohlenstoff.

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten]

Titancarbid wird bei der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) aus Titan und Methan erzeugt:

\mathrm{Ti + \ CH_4 \longrightarrow \ TiC + 2 \ H_2}

Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) wird als Ausgangsmaterial Titan(IV)-chlorid verwendet:

\mathrm{TiCl_4 + \ CH_4 \longrightarrow \ TiC + 4 \ HCl}

Titancarbid kann durch carbothermische Reduktion von Titandioxid

\mathrm{TiO_2  + 3 \ C \longrightarrow TiC + 2 \ CO}

oder durch Synthese aus den Elementen oder durch ein Aufwachsverfahren ähnlich wie Titannitrid gewonnen werden.[3] Bei ersterer Reaktion können je nach Reaktionsbedingungen an Luft auch Mischkristalle in Form von Titancarbonitrid TiCN oder Titancarboxynitrid TiCON entstehen.[4]

\mathrm{Ti + C \longrightarrow TiC}

Besonders reines, stöchiometrisch zusammengesetztes Titancarbid scheidet sich bei festgelegtem Titan(IV)-chlorid/Kohlenstofftetrachlorid-Verhältnis an auf mehr als 1250 °C erhitzten Graphitstäben ab.[3]

\mathrm{TiCl_4 +  CCl_4 + 4 \ H_2 \longrightarrow TiC + 8 \ HCl}

Eigenschaften[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-TiC0,3).[3][5] Bei den unterstöchiometrischen Verbindungen bleiben die Plätze der Nichtmetallatome unbesetzt. Eine vollständige Besetzung wird auffallenderweise nicht ganz erreicht (TiC0,98).[6] Es zeichnet sich durch eine besonders hohe Härte von bis zu 4000 HV aus.[7] Die Biegebruchfestigkeit liegt bei 240-400 MPa, die Härte HV1 bei 22-30 GPa und der Elastizitätsmodul bei 550-570 GPa.[8]

Verwendung[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[9][10] bzw. allgemein als Bestandteil von rost- und säurebeständigen Stählen und Hartmetallen.[4] 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.[11]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 1421.
  2. a b c d e f g Eintrag zu CAS-Nr. 12070-08-5 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 14. Dezember 2012 (JavaScript erforderlich)
  3. a b c  Georg Brauer (Hrsg.): Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearb. Auflage. Band II, Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 1385.
  4. a b  Horst Briehl: Chemie der Werkstoffe. Springer, 2007, ISBN 978383510223-1, S. 244 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  5.  Erwin Riedel, Christoph Janiak: Anorganische Chemie. Walter de Gruyter, 2011, ISBN 311022567-0, S. 788 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  6.  Werner Schatt, Klaus-Peter Wieters, Bernd Kieback: Pulvermetallurgie. Springer, 2006, ISBN 978354023652-8, S. 506 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  7. Eifeler Unternehmensgruppe: High Tech Beschichtungen - Titancarbid
  8.  Hans Kurt Tönshoff: Werkzeuge für die moderne Fertigung: Möglichkeiten zur Rationalisierung in .... expert verlag, 1993, ISBN 978381690766-4, S. 50 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  9. Materials and Corrosion, Volume 30, Issue 12, S. 870-872.
  10. Deutsche Edelstahlwerke: Ferro-Titanit - Pulver-metallurgische Hartstoffe
  11.  Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulze: Werkstoffkunde. Springer DE, 2008, ISBN 978354079297-0, S. 333 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).