Titancarbid

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

${\displaystyle \mathrm {Ti+\ CH_{4}\longrightarrow \ TiC+2\ H_{2}} }$ 

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

${\displaystyle \mathrm {TiCl_{4}+\ CH_{4}\longrightarrow \ TiC+4\ HCl} }$ 

Titancarbid kann durch carbothermische Reduktion von Titandioxid

${\displaystyle \mathrm {TiO_{2}+3\ C\longrightarrow TiC+2\ CO} }$ 

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]

${\displaystyle \mathrm {Ti+C\longrightarrow TiC} }$ 

Besonders reines, stöchiometrisch zusammengesetztes Titancarbid scheidet sich bei festgelegtem Titan(IV)-chlorid/Kohlenstofftetrachlorid-Verhältnis an auf mehr als 1250 °C erhitzten Graphitstäben ab.^[6]

${\displaystyle \mathrm {TiCl_{4}+CCl_{4}+4\ H_{2}\longrightarrow TiC+8\ HCl} }$ 

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 (TiC_1,0 bis TiC_0,3).^[6][8] Bei den unterstöchiometrischen Verbindungen bleiben die Plätze der Nichtmetallatome unbesetzt. Eine vollständige Besetzung wird auffallenderweise nicht ganz erreicht (TiC_0,98).^[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]

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]

1. ↑ Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 1421.
2. ↑ ^{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)
3. ↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 12070-08-5 bzw. Titancarbid), abgerufen am 2. November 2015.
4. ↑ Mineralienatlas:Khamrabaevit
5. ↑ 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]). 
6. ↑ ^{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.
7. ↑ ^{a b} Horst Briehl: Chemie der Werkstoffe. Springer, 2007, ISBN 978-3-8351-0223-1, S. 244 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
8. ↑ Erwin Riedel, Christoph Janiak: Anorganische Chemie. Walter de Gruyter, 2011, ISBN 3-11-022567-0, S. 788 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
9. ↑ Werner Schatt, Klaus-Peter Wieters, Bernd Kieback: Pulvermetallurgie. Springer, 2006, ISBN 978-3-540-23652-8, S. 506 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
10. ↑ Eifeler Unternehmensgruppe: High Tech Beschichtungen - Titancarbid (Memento vom 28. Dezember 2013 im Internet Archive)
11. ↑ 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). 
12. ↑ 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. 
13. ↑ Deutsche Edelstahlwerke: Ferro-Titanit - Pulver-metallurgische Hartstoffe
14. ↑ Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulze: Werkstoffkunde. Springer DE, 2008, ISBN 978-3-540-79297-0, S. 333 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).