Qu’est-ce que le carbure de titane ?
Le carbure de titane (en anglais : titanium carbide) est un cristal à six coordinations de type NaCl (réseau cubique à faces centrées) dont les atomes de métal et de carbone sont juxtaposés.
Sa formule de composition est TiC, sa masse molaire est de 59,9 g/mol, son point de fusion est de 3 170 °C, sa densité est de 4,9 g/cm3 et son numéro CAS est 12070-08-5. À température ambiante, il a l’aspect d’une poudre noire. Sa production a débuté au 20e siècle pour remplacer le tungstène, coûteux, dans la fabrication de filaments.
Le carbure de titane existe à l’état naturel sous forme de khamrabaevite (Ti, V, Fe) C, un minéral naturel très rare. Les cristaux trouvés dans la nature ont une taille d’environ 0,1 mm-0,3 mm.
Propriétés du carbure de titane
Le carbure de titane est insoluble dans l’eau, mais soluble dans l’acide nitrique et l’eau royale. Il se caractérise par une conductivité électrique élevée, pratiquement indépendante de la température, et par une dureté Vickers extrêmement élevée d’environ 3 200.
Il est produit industriellement par carbonisation sous vide, bain métallique (procédé Menstrum), carbonisation à l’hydrure de titane, procédé plasma (poudre ultrafine), dépôt en phase vapeur ou par réduction du dioxyde de titane avec du carbone. Les carbures métalliques sont généralement difficiles à fritter et il a été jugé difficile d’obtenir des compacts frittés de haute densité sans avoir recours à des températures très élevées ou à des agents de combustion auxiliaires.
Toutefois, des recherches ont montré que lorsque le rapport entre le titane et le carbone était fixé à 2:1, on obtenait en quelques minutes seulement et à des températures de l’ordre de 1500°C des compacts frittés à très haute résistance. Le stockage peut se faire dans un environnement à température ambiante.
Utilisations du carbure de titane
1. Outils de coupe
La dureté et la réfractarité extrêmement élevées du carbure de titane sont utilisées dans les outils de coupe. Il est principalement fabriqué en mélangeant du cobalt, du nickel et du molybdène avec de la poudre de carbure de titane. Les carbures cémentés normaux sont souvent fabriqués à base de tungstène, par exemple en mélangeant du tungstène à de la poudre de cobalt.
Cependant, le carbure de titane peut atteindre une dureté très élevée sans utiliser de tungstène, ce qui a permis non seulement de réduire les coûts, mais aussi d’améliorer la précision et la vitesse de coupe, ainsi que la douceur. Le mélange de carbure de tungstène avec un peu de carbure de titane peut également augmenter la résistance du carbure de tungstène à l’usure et à l’oxydation. Il est particulièrement utilisé dans les cermets servant à usiner l’acier à des vitesses de coupe élevées.
La durabilité peut être augmentée en appliquant une finition au carbure de titane sur la surface, mais il faut faire attention car il est fragile aux chocs et au refroidissement rapide.
2. Matériaux de revêtement
Le carbure de titane est souvent utilisé comme revêtement de surface de type métallique. Dans les composants d’équipements de précision, tels que les pièces de machines et les composants de montres, le traitement de surface au carbure de titane améliore la résistance à l’usure. Le carbure de titane est également utilisé dans l’électrolyse à arc.
En utilisant une substance composée d’alliages d’aluminium mélangés à des nanoparticules de carbure de titane, il est possible de souder divers alliages sans fissures. Parmi les différents revêtements céramiques, la dureté est élevée, le coefficient de frottement est très faible, de l’ordre de 0,25, et la résistance à la chaleur est également forte. C’est pourquoi il est largement utilisé comme matériau de revêtement typique pour les composants destinés à être exposés à des températures élevées ou à des environnements à haute température.
3. Autres utilisations
Le carbure de titane est également un revêtement approprié pour le moulage et le traitement des matériaux en acier et possède de très bonnes propriétés de démoulage pour les résines. Il est donc principalement utilisé dans les revêtements pour le “moulage à la presse”, le “forgeage à froid”, le “moulage en poudre”, le “moulage en plastique et autres moules”, les “rouleaux” et les “moules et gabarits pour le formage de tuyaux”.
Il est également utilisé dans des accessoires tels que les colliers, en raison de ses propriétés anallergiques et de sa légèreté.