Was ist Titancarbid?
Titancarbid (englisch: titanium carbide) ist ein sechskoordinatiger Kristall vom NaCl-Typ (kubisch-flächenzentriertes Gitter) mit nebeneinander liegenden Metall- und Kohlenstoffatomen.
Es hat die Zusammensetzungsformel TiC, eine molare Masse von 59,9 g/mol, einen Schmelzpunkt von 3170 °C, eine Dichte von 4,9 g/cm3 und die CAS-Nummer 12070-08-5. Bei Raumtemperatur besitzt es ein schwarzes, pulverförmiges Aussehen. Die Herstellung begann im 20. Jahrhundert, um das teure Wolfram für die Verwendung in Glühfäden zu ersetzen.
Titancarbid kommt in der Natur in Form von Khamrabaevit (Ti, V, Fe) C vor, einem sehr seltenen natürlich vorkommenden Mineral. Die in der Natur vorkommenden Kristalle sind etwa 0,1 mm-0,3 mm groß.
Eigenschaften von Titancarbid
Titancarbid ist unlöslich in Wasser, aber löslich in Salpetersäure und Königswasser. Es zeichnet sich durch seine hohe elektrische Leitfähigkeit aus, die fast unabhängig von der Temperatur ist sowie durch seine extrem hohe Vickers-Härte von etwa 3200.
Industriell wird es durch Vakuumkarbonisierung, Metallbad (Menstrum-Verfahren), Titanhydridkarbonisierung, Plasmaverfahren (ultrafeines Pulver), Dampfphasenabscheidung oder durch Reduktion von Titandioxid mit Kohlenstoff hergestellt. Metallcarbide sind im Allgemeinen schwer zu sintern und es galt als schwierig, ohne sehr hohe Temperaturen oder den Einsatz von Verbrennungshilfsmitteln gesinterte Presslinge mit hoher Dichte zu erhalten.
Forschungsarbeiten haben jedoch ergeben, dass bei einem Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff von 2:1 in wenigen Minuten und bei Temperaturen von etwa 1500 °C sehr hochfeste Sinterkörper hergestellt werden können. Die Lagerung kann in einer Umgebung mit Raumtemperatur erfolgen.
Anwendungen von Titancarbid
1. Schneidwerkzeuge
Die extrem hohe Härte und Feuerfestigkeit von Titancarbid werden in Schneidwerkzeugen verwendet. Es wird hauptsächlich durch Mischen von Kobalt, Nickel und Molybdän mit Titancarbidpulver hergestellt. Normale Hartmetalle werden häufig auf Wolframbasis hergestellt, beispielsweise durch Mischen von Wolfram mit Kobaltpulver.
Mit Titancarbid kann jedoch auch ohne Wolfram eine sehr hohe Härte erreicht werden, was nicht nur die Kosten senkt, sondern auch zu einer Verbesserung der Genauigkeit und Geschwindigkeit des Schneidens sowie der Glätte beiträgt. Die Mischung von Wolframkarbid mit etwas Titankarbid kann auch die Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit des Wolframkarbids erhöhen. Es wird insbesondere in Cermets für die Bearbeitung von Stahl bei hohen Schnittgeschwindigkeiten verwendet.
Die Haltbarkeit kann durch eine Oberflächenbeschichtung mit Titancarbid erhöht werden, wobei jedoch Vorsicht geboten ist, da das Material bei Stößen und schneller Abkühlung spröde wird.
2. Beschichtungsmaterialien
Titancarbid wird häufig als metallähnliche Oberflächenbeschichtung verwendet. Bei Komponenten von Präzisionsgeräten wie Maschinen- und Uhrenteilen verbessert eine Oberflächenbehandlung mit Titancarbid die Verschleißfestigkeit. Es wird auch in der Lichtbogenelektrolyse verwendet.
Durch die Verwendung einer Substanz aus Aluminiumlegierungen, die mit Nanopartikeln aus Titancarbid gemischt ist, können verschiedene Legierungen rissfrei geschweißt werden. Die verschiedenen keramischen Beschichtungen zeichnen sich durch eine hohe Härte, einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten von etwa 0,25 und eine hohe Wärmebeständigkeit aus. Daher wird es häufig als typisches Beschichtungsmaterial für Bauteile verwendet, die voraussichtlich hohen Temperaturen oder Hochtemperaturumgebungen ausgesetzt werden.
3. Andere Verwendungen
Titancarbid wird auch hauptsächlich in Beschichtungen für Pressformen, Kaltschmieden, Pulverformen, Kunststoffformen und andere Formen, Walzen und Rohrformen und -vorrichtungen verwendet, da es eine geeignete Beschichtung für das Formen von Stahlwerkstoffen ist und sehr gute Formtrennungseigenschaften für Harz aufweist.
Aufgrund seiner nicht allergenen und leichten Eigenschaften wird es auch für Accessoires wie Halsketten verwendet.