Carburo di titanio

composto chimico

Il carburo di titanio è il composto binario di formula TiC. È un materiale ceramico refrattario estremamente duro (Mohs 9-9,5) simile al carburo di tungsteno. È l'unico carburo esistente nel sistema titanio-carbonio; insieme al carburo di tungsteno (WC) e al carburo di tantalio (TaC) è un importante componente dei carburi cementati usati per utensili da taglio.[3]

Carburo di titanio
Modello della struttura cristallina del carburo di titanio TiC
Modello della struttura cristallina del carburo di titanio TiC
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareTiC
Massa molecolare (u)59,88
Aspettopolvere grigio-nera
Numero CAS12070-08-5
Numero EINECS235-120-4
PubChem16211963
SMILES
[CH3-].[Ti]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)4,93[1]
Solubilità in acqua< 10 mg/l[1]
Temperatura di fusione3 140 °C (3 413 K)[1]
Temperatura di ebollizione4 820 °C (5 093 K)[1]
Sistema cristallinocubico
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)-183,7[2]
Indicazioni di sicurezza

StrutturaModifica

Il carburo di titanio cristallizza con una struttura cubica a facce centrate, gruppo spaziale Fm3m, N. 225, con costante di reticolo a = 432,8 pm. Questa struttura è analoga a quella del cloruro di sodio; anche TiN e ZrN cristallizzano nella medesima struttura.[4]

È un composto spesso non stechiometrico, ma tra TiC0,5 e TiC0,98 si ottengono campioni molto omogenei, dove parte delle posizioni dell'atomo di carbonio sono vacanti.[5] Per queste caratteristiche TiC è classificato come carburo metallico interstiziale.[6][7]

SintesiModifica

Il carburo di titanio si può preparare in vari modi.[2][3] La sintesi più usata fa reagire diossido di titanio con carbone a 2000 °C in atmosfera di idrogeno:

TiO2 + 3C → TiC + 2CO

Altrimenti si può procedere per sintesi diretta ad alta temperature a partire dagli elementi in forma di polvere:

Ti + C → TiC

o usare gas metano come fonte di carbonio:

Ti + CH4 → TiC + 2H2

Nella deposizione chimica da vapore (CVD) come materiale di partenza per il titanio si usa il tetracloruro di titanio, che è un composto molto volatile:

TiCl4 + CH4 → TiC + 4HCl

A volte si preferisce sintetizzare direttamente soluzioni solide di carburi di diversi metalli; questi materiali sono usati per fabbricare utensili:

TiO2 + WC + 3C → (Ti,W)C + 2CO

ProprietàModifica

Il carburo di titanio si presenta come una polvere grigia, praticamente insolubile in acqua, molto stabile in presenza di acidi e ossidanti, ma solubile in miscele di acido nitrico e acido fluoridrico. A temperatura molto elevata (>1000 °C) reagisce però con l'aria, formando TiO e TiN.[2]

ApplicazioniModifica

Il carburo di titanio è il più duro tra i carburi dei metalli di transizione, ma è troppo fragile per essere usato puro. Viene addizionato in percentuali del 5–30% (in peso) a carburi cementati a base di tungsteno per aumentare la durezza e la resistenza alle alte temperature di utensili da taglio. A volte TiC è usato per ricoprire le superfici da taglio di questi utensili. Punte di utensili da taglio senza tungsteno si possono ottenere combinando TiC, carburo di molibdeno e nichel.[2]

NoteModifica

BibliografiaModifica

Altri progettiModifica

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