Titaniumcarbide poeder
Inhoudsopgave
Titaancarbidepoeder is een extreem hard keramisch materiaal dat wordt gebruikt in een verscheidenheid aan industriële toepassingen die een hoge hardheid, slijtvastheid, thermische geleidbaarheid en chemische stabiliteit bij extreme temperaturen vereisen. Dit artikel biedt een uitgebreide technische referentie over TiC poeder met eigenschappen, productiemethoden, toepassingen, leveranciers, specificaties, kwaliteiten en meer.
Overzicht van Titaniumcarbide poeder
Titaancarbidepoeder (TiC) is samengesteld uit koolstof en titanium, meestal met kleine hoeveelheden van andere metaalelementen. Het heeft een extreem hoog smeltpunt van 3140 °C en een hoge hardheid die dicht in de buurt komt van titaniumnitride. Enkele belangrijke eigenschappen en kenmerken zijn:
Tabel 1: Eigenschappen en kenmerken van titaniumcarbidepoeder
Eigenschappen | Kenmerken |
---|---|
Chemische formule | TiC |
Samenstelling | Titanium (88.1%), Koolstof (11.9%) |
Kleur | Grijs tot zwart poeder |
Smeltpunt | 3140°C |
Dikte | 4,93 g/cm3 |
Mohs-hardheid | 2800-3200 HV |
Kracht | Hoge druksterkte en buigsterkte |
Thermische eigenschappen | Hoge thermische geleidbaarheid en weerstand tegen thermische schokken |
Elektrische geleiding | Metalen elektrische geleider |
Oxidatie weerstand | Bestand tegen oxidatie tot 800°C in lucht |
Zuurbestendigheid | Onoplosbaar in zuren op kamertemperatuur |
Enkele belangrijke voordelen van titaancarbidepoeder zijn extreme hardheid en slijtvastheid, behoud van mechanische sterkte boven 3100°C en chemische inertie. Nadelen zijn brosheid en een lagere weerstand tegen oxidatie boven 800°C in vergelijking met andere carbiden.
![Titaancarbide poeder 1 titaancarbidepoeder](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/10/AlMgScZr-Powder.jpg)
Productiemethoden
Titaancarbidepoeder kan via verschillende productieprocessen worden geproduceerd:
Tabel 2: Overzicht van de fabricagemethoden voor titaniumcarbidepoeder
Methode | Beschrijving | Kenmerken |
---|---|---|
Directe carbidreactie | Titaanpoeder wordt gecarboniseerd door verhitting met koolstof boven 1600°C | Lagere zuiverheid, grotere korrels |
Zelfproducerende synthese bij hoge temperatuur (SHS) | Zeer exotherme thermietreacties gebruikt om TiC te produceren | Fijnere korrelgroottes |
Sol-gel | Natte chemische methode met gebruik van titanium en koolstof precursors | Ultrafijne uniforme poederdeeltjes |
Plasmasynthese | TiC gevormd uit gasvormige reactanten in plasmaontlading | Bolvormige nanopoeders met hoge zuiverheid |
Andere methoden | Elektrolyse, laserpyrolyse, verbrandingssynthese | Speciale poeders met unieke afmetingen en vormen |
Belangrijke factoren bij het kiezen van een productiemethode zijn de vereiste poederkenmerken zoals deeltjesgrootte, vorm, zuiverheidsgraad en kosten.
Toepassingen van Titaniumcarbide poeder
Enkele belangrijke toepassingen voor titaancarbidepoeder zijn:
Tabel 3: Overzicht van industriële toepassingen van titaniumcarbidepoeder
Industrie | Toepassingen |
---|---|
Lucht- en ruimtevaart | Thermische beveiligingssystemen, straalpijpen |
Automobiel | Keramische voertuigbepantsering, remschijven |
Productie | Snijgereedschappen, vormmatrijzen, lageroppervlakken |
Bouw | Mondstukvoeringen, rotsboorknoppen |
Energie | Bekledingen van splijtstof, materialen voor fusiereactoren |
Chemicaliën | Vloeibare katalysatorsteunen, corrosiebestendige bekledingen |
Titaancarbide creëert lichtgewicht composieten zoals TiC-Ni en TiC-Co met extreme hardheid en slijtvastheid die geschikt zijn voor de meest veeleisende mechanische toepassingen en toepassingen bij hoge temperaturen.
Het wordt het meest gewaardeerd om de volgende mogelijkheden:
- Behoudt sterkte boven 3100°C - behoudt eigenschappen waar staal en carbides falen
- Extreme hardheid weerstaat slijtage door schuren, zelfs bij hoge temperaturen
- Lage thermische uitzetting helpt weerstand tegen thermische schokken
- Bestand tegen erosie, corrosie en chemische aantasting
Specificaties en kwaliteiten
Titaancarbidepoeder is verkrijgbaar in standaard en klantspecifieke specificaties:
Tabel 4: Specificaties en kwaliteiten van titaniumcarbidepoeder
Parameter | Specificatie Bereik |
---|---|
Puurheid | 89-99,5% TiC |
Koolstofgehalte | 5-15% |
Deeltjesgrootte | 0,5 μm - 45 μm |
Deeltjesvorm | Bolvormig, hoekig, geplet |
Dikte | 4,90 - 5,10 g/cm3 |
Hardheid | 2800-3200 HV Vickers |
Zuurstofgehalte | < 2% wt |
Specifiek oppervlak | 0,5 - 15 m2/g |
Tik op dichtheid | 2,0 - 3,5 g/cm3 |
Cijfers:
- Kernkwaliteit >99% TiC
- Bouwkwaliteit 89-92% TiC
- Metallurgische kwaliteit 70-75% TiC
Kernkwaliteiten met een hogere zuiverheid hebben minder vrije koolstof, ijzer en nikkelverontreinigingen. Structureel TiC heeft een hogere hardheid en uniforme grove korrels.
Standaarden en testmethoden
Titaancarbidepoederproducten moeten voldoen aan verschillende toepassingsnormen voor samenstelling, onzuiverheden, deeltjesgrootteverdeling en andere parameters die specifiek zijn voor het eindgebruik. Enkele veelvoorkomende normen zijn:
Tabel 5: Normen en testmethoden voor TiC-poeder
Standaard | Beschrijving |
---|---|
ISO 11358 | Hardmetalen poeders - Bepaling van de korrelgrootteverdeling met laserdiffractie |
ASTM C1046 | Standaardpraktijk voor inspectie van gietstukken van titanium en titaniumlegeringen |
AMS-H-8656 | Wolfraambasis, kobaltbasis, ijzerbasis, nikkelbasis; keramiek en carbidepoeder, vliegtuigkwaliteit |
MIL-PRF-32159 | Prestatie-eisen voor ringgesmede producten van titaanlegeringen in poedervorm en warm isostatisch geperst (HIP) voor roterende onderdelen van turbomachines |
GB/T 5481 | Metallurgische analysemethoden voor carbidpoeders |
JIS R 1611 | Poedermetallurgie - Carbidepoeders Bemonsterings- en testmethoden |
Deze standaarden helpen de betrouwbaarheid van producten te garanderen voor verschillende productiepartijen en meerdere leveranciers. Zowel leveranciers als eindgebruikers maken vaak gebruik van aanvullende analytische technieken zoals SEM, EDX, XRD en laser deeltjesgrootte analyse om materialen in detail te karakteriseren.
Leveranciers en prijzen
Titaancarbidepoeder is wereldwijd verkrijgbaar bij veel grote leveranciers. Enkele toonaangevende fabrikanten zijn:
Tabel 6: Geselecteerde leveranciers van titaniumcarbidepoeder
Leverancier | Plaats | Productkwaliteiten |
---|---|---|
Atlantische apparatuuringenieurs | ONS | Nucleair, structureel, metallurgisch |
H.C. Starck | Duitsland | Nucleair, sputterkwaliteiten |
Kennametal | ONS | Aangepaste legeringen en composieten |
Materion | ONS | Zeer zuivere nucleaire kwaliteiten |
Micron metalen | ONS | Standaard en aangepaste deeltjesgroottes |
Reade Geavanceerde Materialen | ONS | Poeders en HIP-producten |
UK Schuurmiddelen | Groot-Brittannië | Meerdere zuiverheden |
De prijzen kunnen sterk uiteenlopen:
- Nucleair TiC-poeder - $1800+ per kg
- TiC poeder voor constructies - $20-100 per kg
- TiC-ingots voor HIP-producten - $50-200 per kg
Exacte prijzen zijn afhankelijk van zuiverheidsniveaus, specificaties van de deeltjesgrootte, aankoophoeveelheden en meer.
vergelijken Titaniumcarbide poeder naar alternatieven
Tabel 7: Vergelijking van titaniumcarbidpoeder met alternatieve harde keramische materialen
Parameter | Titaancarbide | Wolfraamcarbide | Silicium carbide |
---|---|---|---|
Dikte | 4,93 g/cm3 | 15,63 g/cm3 | 3,21 g/cm3 |
Hardheid | 2800-3200 HV | 1300-2400 HV | 2400-2800 HV |
Max. gebruikstemperatuur | 3100°C | 700°C | 1650°C |
Breuktaaiheid | 3-6 MPa√m | 10-15 MPa√m | 3-5 MPa√m |
Oxidatie weerstand | Goed tot 800°C | Slecht boven 500°C | Uitstekend tot 1600°C |
Kosten | Gematigd | Laag | Laag |
Toxiciteit | Laag | Hoog | Laag |
Belangrijkste verschillen:
- Wolfraamcarbide heeft een hogere taaiheid
- Siliciumcarbide is beter bestand tegen oxidatie
- Titaniumcarbide is bestand tegen extreem hoge temperaturen
- Titaniumcarbide biedt de beste allround prestaties
Voordelen en beperkingen
Tabel 8: Voordelen vs. beperkingen van titaniumcarbidepoeder
Voordelen | Beperkingen |
---|---|
Extreme hardheid bij hoge temperaturen | Bros met lagere breuktaaiheid |
Hoge corrosie- en slijtvastheid | Duurder dan wolfraamcarbide |
Behoudt sterkte boven 3100°C | Oxideert gemakkelijk boven 800°C |
Hoge thermische geleidbaarheid | Gevoelig voor zuurstofverontreiniging |
Belangrijkste toepassingen in de diepte
Titaancarbide maakt uitzonderlijke prestatieverbeteringen mogelijk in industrieën variërend van lucht- en ruimtevaart en de auto-industrie tot fabricage en energie. In dit gedeelte worden enkele belangrijke toepassingen besproken die de superieure eigenschappen van titaancarbide benadrukken.
Lucht- en ruimtevaarttoepassingen
Voor ruimtevaarttoepassingen zijn materialen nodig die bestand zijn tegen extreme omgevingen. Titaniumcarbide behoudt zijn sterkte boven 3000 °C, is bestand tegen thermische schokken en degradeert niet na herhaalde verhittingscycli - ideale eigenschappen voor onderdelen van hypersonische vliegtuigen.
Toonaangevende materialen en coatings
Dankzij titaniumcarbide composieten TiC-Ni en TiC-Co zijn scherpe vleugelvoorranden van hypersonische voertuigen bestand tegen intense wrijvingsverhitting tijdens atmosferische terugkeer tot 3200°C. De prestaties zijn veel beter dan die van traditionele composieten met een grafiet of keramische matrix.
Bovendien beschermen titaniumcarbide coatings die worden aangebracht via chemische dampafzetting (CVD) of fysische dampafzetting (PVD) vleugeloppervlakken, motorinlaten en andere onderdelen tegen oxidatie en abrasieve slijtage bij snelheden boven Mach 5.
Thermische beschermingssystemen
Herbruikbare thermische beschermingssystemen (TPS) op ruimtevaartuigen worden blootgesteld aan extreme temperatuurschommelingen van -150°C in de ruimte tot 1650°C tijdens terugkeer in de dampkring. Titaniumcarbide behoudt in dit bereik zijn sterkte en is beter bestand tegen thermische vermoeidheidsscheuren na herhaalde blootstelling dan andere keramische materialen.
Het X-37B ruimtevliegtuig gebruikt bijvoorbeeld een TiC-laag in zijn TPS om de onderliggende voertuigstructuur te beschermen. TiC-ablators isoleren ook raketstraalpijpen en hypersonische scramjetmotoren tegen uitlaatgassen die 3300+°C bereiken.
Luchtvaartremmen
Koolstofremmen op straalvliegtuigen moeten bestand zijn tegen meer dan 700°C tijdens landingen bij snelheden van 160 knopen. Koolstof oxideert echter snel wat leidt tot stofvorming en vroegtijdige slijtage.
Door koolstofonderdelen te vervangen door rotors en stators van titaniumcarbide wordt de levensduur van de onderdelen aanzienlijk verlengd en wordt de toegestane remtemperatuur verhoogd tot 1150°C, wat resulteert in lichtere remsystemen.
Bewapening
Gesmolten metaal vernietigt snel de traditionele voeringen van geweerlopen en veroorzaakt ongelijkmatige slijtage of explosies. Coatings van titaniumcarbide die met een plasmaspuit zijn aangebracht, zijn echter uitzonderlijk goed bestand tegen metaalerosie en maken het mogelijk om met minimale slijtage te blijven vuren op wapens met een hoog kaliber die de normale bedrijfstemperaturen overschrijden.
Automotive toepassingen
Autofabrikanten doen voortdurend onderzoek naar materialen om snellere, veiligere en lichtere auto's en vrachtwagens te bouwen. De auto-industrie maakt veel gebruik van titaniumcarbide voor pantsering, remmen en motoronderdelen.
Voertuig bepantsering
Militaire voertuigen gebruiken keramische composieten van titaniumcarbide zoals TiC-Kevlar in plaats van traditioneel staal voor ballistische bepantsering. Dit vermindert het gewicht met 30% terwijl het beschermingsniveau tegen pantserdoorborende bedreigingen zelfs toeneemt.
Keramische laminaten met een TiC slagvlak verspreiden en vervormen inkomende projectielen beter dan metalen platen. Lichtere bepantsering verbetert de mobiliteit van het voertuig en de brandstofefficiëntie die essentieel is voor gevechtsmissies.
Remschijven
Formule 1 en andere voertuigen met hoge prestaties maken gebruik van keramische matrix composiet (CMC) remschijven van titaniumcarbide om extreme temperaturen aan te kunnen bij herhaalde G-krachten bij topsnelheden tot 350 km/u.
TiC-schijven verbeteren ook de remkracht en voorkomen remfadingproblemen die high-end sportauto's plagen tijdens het racen. Regeneratieve remsystemen op elektrische voertuigen vertrouwen ook op rotoren van titaniumcarbide voor extreme warmtetolerantie.
Slijtageonderdelen
Titaancarbide verlengt de levensduur van zwaar belaste motoronderdelen die gevoelig zijn voor slijtage bij hoge temperaturen boven 1000°C. Door bijvoorbeeld traditionele stalen kleppen en zuigerhulsinzetstukken te vervangen door TiC-versies, worden 50-100% langere bedrijfstijden bereikt voordat slijtage de grenzen van defecten bereikt.
In gecoate motorboringen presteert TiC beter dan de nikkel-carbide thermische spuitcoatings die momenteel worden gebruikt. Dit maakt hogere piekdrukken en verbrandingstemperaturen mogelijk voor een efficiënter brandstofverbruik.
Snijgereedschappen
Alle grote leveranciers van snijgereedschap bieden een uitgebreid assortiment wisselplaatjes, boren, schachtfrezen en speciale gereedschappen met een titaancarbide substraat gebonden met andere hardmetalen, keramische of diamant coatings.
Slijtvastheid
TiC behoudt de hardheid voorbij het verwekingspunt van conventioneel gereedschapsstaal rond 600°C, waardoor snellere materiaalafname, hogere snijsnelheden en minder slijtage mogelijk zijn bij droge bewerkingstoepassingen met hoge snelheid.
Thermische eigenschappen
De hoge thermische geleidbaarheid voorkomt plaatselijke hete plekken tijdens onderbroken snedes die gereedschapbreuk veroorzaken. TiC vertoont ook een minimale thermische uitzetting gelijk aan diamant - essentieel voor microfabricage van precisiegereedschap.
Prestatie-upgrades
Door traditionele hardmetalen onderdelen zoals indexeerbare wisselplaten te vervangen door TiC-upgrades wordt de standtijd 2-4x verlengd bij dezelfde bedrijfsparameters. Als alternatief kunnen snijsnelheden of voedingssnelheden aanzienlijk verhoogd worden terwijl dezelfde slijtageniveaus van de wisselplaat bereikt worden.
Voor de volgende generatie luchtvaartlegeringen die moeilijk te bewerken zijn, zoals Inconel 718, titaanaluminide TiAl en metaalmatrixcomposieten MMC's, maakt gereedschap van titaancarbide levensvatbare productiemogelijkheden mogelijk die anders niet mogelijk zouden zijn.
Mondstuk inzetstukken
Spuitmonden van titaniumcarbide zijn bestand tegen zeer eroderende deeltjesstromen waarmee abrasieve materialen worden verwerkt, van landbouwmaterialen en mineralenverwerking tot shotpeening en sinteren van poedermetalen:
Schuurweerstand
TiC sproeierinzetstukken die gebruikt worden bij de verwerking van voedingsmiddelen, farmaceutica en speciale chemicaliën gaan standaard 300 - 500% langer mee dan traditionele versies van wolfraamcarbide, siliciumcarbide en chroomcarbide in extreem schurende fijne poederstromen.
Bescherming tegen hoge snelheid
Titaancarbide beschermkappen met vortexen van koellucht beschermen composiet vliegtuigmotorbladen tegen inkomend grit met een snelheid van meer dan 650 m/s. Tijdens tests om de bladen in bedwang te houden, overleven de TiC-componenten intact de perforaties in de bladen als gevolg van desintegratie van de ventilator, waar alternatieve materialen breken.
Gebruik bij extreme temperaturen
Plasmaspuitmonden voor de productie van gesmolten zirkonium, staal en glasvezel bestaan uit vrijstaande TiC-buizen zonder extra koeling. TiC is op betrouwbare wijze bestand tegen slakcorrosie en warmtestromen van meer dan 3000°C bij het uitwerpen van metaaldruppels, die gemakkelijk kobalt- en nikkellegeringen vernietigen.
![Titaancarbidepoeder 11 titaancarbidepoeder](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/10/Stainless-Steel-OP431-Powder.jpg)
Nucleaire toepassingen
Titaancarbide wordt op grote schaal gebruikt in de kernenergiesector, van de bekleding van splijtstoffen tot de bescherming van de eerste wand in experimentele fusiereactoren.
Brandstofbekleding
Conventionele zirkonium splijtstofbekledingslegeringen kunnen oxideren, smelten en radioactieve isotopen vrijlaten bij een ongeluk met een oververhitte reactorkern. Titaancarbide coatings zorgen echter voor koelere, langzamere reacties waarbij een passiverende TiO2-laag wordt gevormd om ontsnappende deeltjes in te sluiten - waardoor de veiligheidslimieten aanzienlijk worden verhoogd.
Onderdelen voor plasmafacing
In experimentele tokamak-fusiereactoren eroderen intense 40 MW/m2 plasmahittefluxen snel solide pantserdegels doordat fusordeeltjes en röntgenstraling voortdurend oppervlakken bombarderen. Thermisch gespoten lagen of vrijstaande TiC-componenten zijn beter bestand tegen deze zware omstandigheden en hebben een 2-3x langere operationele levensduur in vergelijking met wolfraamalternatieven voordat ze vervangen moeten worden.
Containers voor radioactief afval
Na de opwerking van splijtstof worden hoogradioactieve vloeistoffen verglaasd in blokken van borosilicaatglas die worden opgeslagen in corrosiebestendige bussen. De volledige ondoordringbaarheid van titaniumcarbide voor gassen en vloeistoffen gedurende geologische perioden maakt veilige langdurige opslag zonder lekkage naar het milieu mogelijk.
Olie- en gasboringen
Titaancarbide verdient een speciale onderscheiding als het hardste, heetste, meest slijtvaste materiaal voor rotsboorinzetstukken dat ooit is ontwikkeld. TC buttons zijn de gouden standaard geworden in de olie-, gas- en geothermische boorindustrie en overtreffen eerdere polykristallijne diamant compact (PDC) oplossingen.
Wrijvingsschuring van gesteente
Roterende kegelboren die gebruikt worden voor diep landboren tot 6000 m diepte hebben te maken met extreme druk op de rotswand en 100 kW wrijvingswarmtestromen tijdens het boren. Inzetstukken van massief TC behouden onder deze omstandigheden een hardheid van meer dan 3200 HV terwijl ze 5-10x sneller boren dan stalen tanden voordat ze moeten worden vervangen.
Penetratie van rotsen met hoge snelheid
Geothermische en olie-/gasboorbedrijven die gespecialiseerd zijn in harde sedimentaire of basaltlagen gebruiken uitsluitend TC-knoopbits die penetratiesnelheden klokken die tot 4x hoger liggen dan alternatieve boortypes met een gelijkwaardige levensduur.
Kortom - niets snijdt beter door rotsen dan titaancarbide en is beter bestand tegen de zware omstandigheden in het boorgat.
Conclusie
Met zijn extreme hardheid, temperatuurbestendigheid van meer dan 3000 °C en hoge slijtvastheid biedt titaancarbide uitzonderlijke materiaaleigenschappen die niet te vinden zijn in concurrerende keramische materialen of traditionele legeringen. TiC weerstaat op betrouwbare wijze de hevigste thermische, chemische en mechanische extremen in elke industrie.
Maar ondanks de aanzienlijke prestatievoordelen kost titaancarbide minder dan vergelijkbare vuurvaste metalen zoals molybdeen of wolfraam. Deze unieke combinatie van mogelijkheden en betaalbaarheid zorgt ervoor dat titaancarbide steeds meer wordt gebruikt in de ruimtevaart, auto-industrie, productie, energie en de meest veeleisende toepassingen wereldwijd.
Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt en betrouwbaardere productie en beschikbaarheid mogelijk maakt, zal de penetratie van titaancarbide verder versnellen. Het materiaal bepaalt de snijkant.
Delen op
Facebook
Twitteren
LinkedIn
WhatsAppen
E-mail
MET3DP Technology Co, LTD is een toonaangevende leverancier van additieve productieoplossingen met hoofdkantoor in Qingdao, China. Ons bedrijf is gespecialiseerd in 3D printapparatuur en hoogwaardige metaalpoeders voor industriële toepassingen.
Onderzoek om de beste prijs en een op maat gemaakte oplossing voor uw bedrijf te krijgen!
gerelateerde artikelen
Over Met3DP
Video afspelen
Recente update
Ons product
NEEM CONTACT MET ONS OP
Nog vragen? Stuur ons nu een bericht! Na ontvangst van uw bericht behandelen wij uw verzoek met een heel team.
![metalen 3dp-logo klein](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/metal-3dp-logo-small.png)
Metaalpoeders voor 3D printen en additieve productie
BEDRIJF
PRODUCT
contact informatie
- Qingdao-stad, Shandong, China
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731