Titanyum Karbür Tozu

titanyum karbür tozu, yüksek sertlik, aşınma direnci, termal iletkenlik ve aşırı sıcaklıklarda kimyasal stabilite gerektiren çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılan son derece sert bir seramik malzemedir. Bu makale, TiC tozunun özellikleri, üretim yöntemleri, uygulamaları, tedarikçileri, spesifikasyonları, kaliteleri ve daha fazlasını kapsayan kapsamlı bir teknik referans sunmaktadır.

Genel Bakış Titanyum Karbür Tozu

Titanyum karbür (TiC) tozu, tipik olarak az miktarda diğer metalik elementlerle birlikte karbon ve titanyumdan oluşur. 3140°C'de son derece yüksek bir erime noktasına ve titanyum nitrüre yakın yüksek sertliğe sahiptir. Bazı temel özellikleri ve karakteristikleri şunlardır:

Tablo 1: Titanyum Karbür Tozunun Özellikleri ve Karakteristikleri

Özellikler	Özellikler
Kimyasal formül	TiC
Kompozisyon	Titanyum (88.1%), Karbon (11.9%)
Renk	Gri ila siyah toz
Erime noktası	3140°C
Yoğunluk	4,93 g/cm3
Mohs sertliği	2800-3200 HV
Güç	Yüksek basınç ve eğilme dayanımı
Termal özellikler	Yüksek termal iletkenlik ve termal şoka karşı direnç
Elektriksel iletkenlik	Metalik elektrik iletkeni
Oksidasyon direnci	Havada 800°C'ye kadar oksidasyona karşı dayanıklıdır
Asit direnci	Oda sıcaklığındaki asitlerde çözünmez

Titanyum karbür tozunun bazı önemli avantajları aşırı sertlik ve aşınma direnci, 3100°C'nin üzerinde mekanik mukavemetin korunması ve kimyasal inertliktir. Dezavantajları ise kırılganlık ve diğer karbürlere kıyasla 800°C'nin üzerinde oksidasyona karşı daha düşük dirençtir.

Üretim Yöntemleri

Titanyum karbür tozu çeşitli üretim süreçleriyle üretilebilir:

Tablo 2. Titanyum Karbür Titanyum Karbür Toz Üretim Yöntemlerine Genel Bakış

Yöntem	Açıklama	Özellikler
Doğrudan karbür reaksiyonu	Titanyum tozu 1600°C'nin üzerinde karbon ile ısıtılarak karbürize edilir	Daha düşük saflık, daha büyük taneler
Kendi kendine ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi (SHS)	TiC üretmek için kullanılan yüksek ekzotermik termit reaksiyonları	Daha ince tane boyutları
Sol-jel	Titanyum ve karbon öncülleri kullanan ıslak kimyasal yöntem	Ultra ince homojen toz partikülleri
Plazma sentezi	Plazma deşarjında gaz halindeki reaktanlardan oluşan TiC	Yüksek saflıkta küresel nano tozlar
Diğer yöntemler	Elektroliz, lazer piroliz, yanma sentezi	Benzersiz boyut ve şekillere sahip özel tozlar

Bir üretim yönteminin seçilmesindeki temel faktörler arasında partikül boyutu, şekli, saflık seviyeleri ve maliyet gibi gerekli toz özellikleri yer alır.

Uygulamaları Titanyum Karbür Tozu

Titanyum karbür tozu için bazı önemli uygulamalar şunlardır:

Tablo 3: Titanyum Karbür Tozunun Endüstriyel Uygulamalarına Genel Bakış

Endüstri	Uygulamalar
Havacılık ve Uzay	Termal koruma sistemleri, patlama nozulları
Otomotiv	Seramik araç zırhı, fren diskleri
Üretim	Kesici takımlar, şekillendirme kalıpları, yatak yüzeyleri
İnşaat	Nozul gömlekleri, kaya delme düğmeleri
Enerji	Nükleer yakıt kaplamaları, füzyon reaktörü malzemeleri
Kimyasallar	Akışkan katalizör destekleri, korozyona dayanıklı astarlar

Titanyum karbür, TiC-Ni ve TiC-Co gibi en zorlu mekanik ve yüksek sıcaklık uygulamaları için uygun aşırı sertlik ve aşınma direncine sahip hafif kompozitler oluşturur.

En çok aşağıdaki yetenekler için değerlidir:

• 3100°C'nin üzerinde mukavemetini korur - çeliklerin ve karbürlerin başarısız olduğu özellikleri korur
• Aşırı sertlik, yüksek sıcaklıklarda bile aşınmaya karşı direnç gösterir
• Düşük termal genleşme, termal şok direncine yardımcı olur
• Erozyona, korozyona ve kimyasal saldırılara karşı dayanıklıdır

Özellikler ve Sınıflar

Titanyum karbür tozu standart ve özelleştirilmiş özelliklerde mevcuttur:

Tablo 4: Titanyum Karbür Tozunun Özellikleri ve Kaliteleri

Parametre	Spesifikasyon Aralığı
Saflık	89-99,5% TiC
Karbon içeriği	5-15%
Parçacık boyutu	0,5 μm - 45 μm
Parçacık şekli	Küresel, köşeli, ezilmiş
Yoğunluk	4,90 - 5,10 g/cm3
Sertlik	2800-3200 HV Vickers
Oksijen içeriği	< 2% ağırlıkça
Spesifik yüzey alanı	0,5 - 15 m2/g
Musluk yoğunluğu	2,0 - 3,5 g/cm3

Sınıflar:

• Nükleer sınıf >99% TiC
• Yapısal kalite 89-92% TiC
• Metalurjik kalite 70-75% TiC

Daha yüksek saflıktaki nükleer kaliteler daha düşük serbest karbon, demir, nikel kirleticilere sahiptir. Yapısal TiC daha yüksek sertliğe ve düzgün iri tanelere sahiptir.

Standartlar ve Test Yöntemleri

Titanyum karbür toz ürünleri, bileşim, safsızlıklar, parçacık boyutu dağılımı ve son kullanıma özgü diğer parametreler için çeşitli uygulama standartlarını karşılamalıdır. Bazı yaygın standartlar şunları içerir:

Tablo 5: TiC Tozu için Standartlar ve Test Yöntemleri

Standart	Açıklama
ISO 11358	Karbür tozları - Lazer kırınımı ile partikül boyutu dağılımının belirlenmesi
ASTM C1046	Titanyum ve Titanyum Alaşımlı Dökümlerin Muayenesi için Standart Uygulama
AMS-H-8656	Tungsten bazlı, kobalt bazlı, demir bazlı, nikel bazlı; seramik ve karbür tozu, uçak kalitesi
MIL-PRF-32159	Dönen turbo makine bileşenleri için titanyum alaşımlı toz ve sıcak izostatik preslenmiş (HIP) halka dövmeler için performans gereksinimleri
GB/T 5481	Karbür tozları için metalurjik analiz yöntemleri
JIS R 1611	Toz metalurjisi - Karbür tozları Numune alma ve test yöntemleri

Bu standartlar, farklı üretim partileri ve birden fazla tedarikçi arasında ürün güvenilirliğinin sağlanmasına yardımcı olur. Hem tedarikçiler hem de son kullanıcılar, malzemeleri ayrıntılı olarak karakterize etmek için SEM, EDX, XRD ve lazer partikül boyutu analizi gibi ek analitik teknikleri sıklıkla kullanmaktadır.

Tedarikçiler ve Fiyatlandırma

Titanyum karbür tozu, dünya çapında birçok büyük tedarikçiden ticari olarak temin edilebilir. Bazı önde gelen üreticiler şunlardır:

Tablo 6: Seçkin Titanyum Karbür Tozu Tedarikçileri

Tedarikçi	Konum	Ürün Sınıfları
Atlantik Ekipman Mühendisleri	ABD	Nükleer, yapısal, metalurjik
H.C. Starck	Almanya	Nükleer, püskürtme kaliteleri
Kennametal	ABD	Özel alaşımlar ve kompozitler
Materion	ABD	Yüksek saflıkta nükleer kaliteler
Mikron Metaller	ABD	Standart ve özel partikül boyutları
Reade İleri Malzemeler	ABD	Tozlar ve HIP ürünleri
Birleşik Krallık Aşındırıcılar	BIRLEŞIK KRALLIK	Çoklu saflık

Fiyatlandırma geniş bir yelpazede olabilir:

• Nükleer sınıf TiC tozu - $1800+ kg başına
• Yapısal sınıf TiC tozu - $20-100 kg başına
• HIP ürünleri için TiC külçeler - $50-200 kg başına

Kesin fiyatlandırma saflık seviyelerine, partikül boyutu özelliklerine, satın alma miktarlarına ve daha fazlasına bağlıdır.

Karşılaştırma Titanyum Karbür Tozu Alternatiflere

Tablo 7: Titanyum Karbür Tozunun Alternatif Sert Seramiklerle Karşılaştırılması

Parametre	Titanyum Karbür	Tungsten Karbür	Silisyum Karbür
Yoğunluk	4,93 g/cm3	15,63 g/cm3	3,21 g/cm3
Sertlik	2800-3200 HV	1300-2400 HV	2400-2800 HV
Maksimum kullanım sıcaklığı	3100°C	700°C	1650°C
Kırılma tokluğu	3-6 MPa√m	10-15 MPa√m	3-5 MPa√m
Oksidasyon direnci	800°C'ye kadar iyi	500°C'nin üzerinde zayıf	1600°C'ye kadar mükemmel
Maliyet	Orta düzeyde	Düşük	Düşük
Toksisite	Düşük	Yüksek	Düşük

Temel Farklılıklar:

• Tungsten karbür daha yüksek tokluğa sahiptir
• Silisyum karbür daha iyi oksidasyon direncine sahiptir
• Titanyum karbür son derece yüksek sıcaklıklara dayanabilir
• Titanyum karbür çok yönlü en iyi performansı sunar

Avantajlar ve Sınırlamalar

Tablo 8: Titanyum Karbür Tozunun Avantajları ve Sınırlamaları

Avantajlar	Sınırlamalar
Yüksek sıcaklıklarda aşırı sertlik	Düşük kırılma tokluğu ile kırılgan
Yüksek korozyon ve aşınma direnci	Tungsten karbürden daha pahalı
3100°C'nin üzerinde dayanıklılığını korur	800°C'nin üzerinde kolayca oksitlenir
Yüksek ısı iletkenliği	Oksijen kontaminasyonuna karşı hassas

Derinlemesine Temel Uygulamalar

Titanyum karbür, havacılık ve otomotivden imalat ve enerjiye kadar birçok sektörde olağanüstü performans iyileştirmeleri sağlar. Bu bölüm, titanyum karbürün üstün özelliklerini vurgulayan bazı önemli uygulamaları incelemektedir.

Havacılık ve Uzay Uygulamaları

Havacılık ve uzay uygulamaları, zorlu ortamlara dayanabilen malzemeler gerektirir. Titanyum karbür 3000°C'nin üzerinde gücünü korur, termal şoka karşı dayanıklıdır ve tekrarlanan ısıtma döngülerinden sonra bozulmaz - hipersonik uçak bileşenleri için ideal özellikler.

Öncü Uç Malzemeler ve Kaplamalar

Titanyum karbür kompozitler TiC-Ni ve TiC-Co, hipersonik araçlardaki keskin ön kanat kenarlarının 3200°C'ye kadar atmosferik yeniden giriş sırasında yoğun sürtünme ısınmasına direnmesini sağlar. Performans, geleneksel grafit veya seramik matrisli kompozitlerden çok daha üstündür.

Ayrıca, kimyasal buhar biriktirme (CVD) veya fiziksel buhar biriktirme (PVD) yoluyla uygulanan titanyum karbür kaplamalar kanat yüzeylerini, motor girişlerini ve diğer bileşenleri Mach 5'in üzerindeki hızlarda oksidasyondan ve aşındırıcı aşınmadan korur.

Termal Koruma Sistemleri

Uzay araçlarındaki yeniden kullanılabilir termal koruma sistemleri (TPS) uzayda -150°C'den yeniden giriş sırasında 1650°C'ye kadar aşırı sıcaklık değişimlerine dayanır. Titanyum karbür bu aralıkta gücünü korur ve tekrarlanan maruziyetlerden sonra termal yorulma çatlamasına diğer seramiklerden daha iyi direnç gösterir.

Örneğin, X-37B uzay uçağı, alttaki araç yapısını korumak için TPS'sinde bir TiC katmanı kullanmaktadır. TiC ablatörler ayrıca roket nozullarını ve hipersonik scramjet motorlarını 3300+°C'ye ulaşan egzoz gazlarından izole eder.

Uçak Frenleri

Jet uçaklarındaki karbon frenler 160 knot hızda inişler sırasında 700°C'nin üzerinde sıcaklığa dayanmalıdır. Ancak karbon kolayca oksitlenerek tozlanmaya ve erken aşınmaya neden olur.

Karbon bileşenlerin titanyum karbür rotorlar ve statorlarla değiştirilmesi parça ömrünü önemli ölçüde uzatır ve izin verilen frenleme sıcaklıklarını 1150°C'ye çıkararak genel olarak daha hafif frenleme sistemleri sağlar.

Silahlar

Erimiş metal, geleneksel silah namlu kaplamalarını hızla tahrip ederek düzensiz aşınmaya veya namlu patlamalarına neden olur. Ancak plazma püskürtmeli titanyum karbür kaplamalar metal erozyonuna son derece iyi direnç gösterir ve yüksek kalibreli silahların normal çalışma sıcaklıklarının ötesinde minimum aşınma ile sürekli ateşlenmesine izin verir.

Otomotiv Kullanım Alanları

Otomobil üreticileri daha hızlı, daha güvenli, daha hafif otomobiller ve kamyonlar üretmek için sürekli olarak malzeme araştırması yapmaktadır. Otomobil endüstrisi zırh, frenler ve motor bileşenleri için yoğun olarak titanyum karbür kullanmaktadır.

Araç Zırhı

Askeri araçlar balistik zırh için geleneksel çelik yerine TiC-Kevlar gibi titanyum karbür seramik kompozitler kullanmaktadır. Bu da ağırlığı 30% oranında azaltırken, zırh delici tehditlere karşı koruma seviyelerini artırıyor.

TiC vuruş yüzeyine sahip seramik laminatlar, metal plakalara kıyasla gelen mermileri daha iyi dağıtır ve deforme eder. Daha hafif zırh, araç hareketliliğini ve savaş görevleri için kritik olan yakıt verimliliğini artırır.

Fren Diskleri

Formula 1 ve diğer yüksek performanslı araçlar, saatte 350 km'ye varan en yüksek hızlarda tekrarlanan frenleme G-kuvvetlerinden kaynaklanan aşırı sıcaklıklarla başa çıkmak için titanyum karbür seramik matris kompozit (CMC) fren diskleri kullanır.

TiC diskler ayrıca durma gücünü artırır ve yarış kullanımı sırasında üst düzey spor otomobilleri rahatsız eden fren solması sorunlarını ortadan kaldırır. Elektrikli araçlardaki rejeneratif fren sistemleri de benzer şekilde aşırı ısı toleransı için titanyum karbür rotorlara güvenmektedir.

Aşınma Bileşenleri

Titanyum karbür, 1000°C'nin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda aşınmaya eğilimli yüksek yüklü motor bileşenlerinin ömrünü uzatır. Örneğin, geleneksel çelik valflerin ve piston kovanı uçlarının TiC versiyonlarıyla değiştirilmesi, aşınma arıza sınırlarına ulaşmadan önce 50-100% daha uzun çalışma süreleri sağlar.

Kaplamalı motor deliklerinde TiC, şu anda kullanılan nikel-karbür termal sprey kaplamalardan daha iyi performans gösterir. Bu, daha yüksek yakıt verimliliği için daha yüksek tepe basınçlarına ve yanma sıcaklıklarına izin verir.

Kesici Takımlar

Tüm büyük kesici takım tedarikçileri, diğer karbürler, seramikler veya elmas kaplamalarla bağlanmış bir titanyum karbür alt tabakaya sahip çok çeşitli kesici uçlar, matkaplar, parmak frezeler ve özel takımlar sunmaktadır.

Aşınma Direnci

TiC, geleneksel takım çeliklerinin 600°C civarındaki yumuşama noktasını geçerek sertliğini korur ve kuru yüksek hızlı işleme uygulamalarında daha hızlı malzeme kaldırma oranları, daha yüksek kesme hızları ve daha düşük aşınma sağlar.

Termal Özellikler

Yüksek termal iletkenlik, kesintili kesimler sırasında takım kırılmasına neden olan lokalize sıcak noktaları önler. TiC ayrıca elmasa eşit minimum termal genleşme sergiler - mikro imalat hassas takımları için kritik öneme sahiptir.

Performans Yükseltmeleri

Değiştirilebilir kesici uçlar gibi geleneksel tungsten karbür bileşenlerin TiC yükseltmeleri ile değiştirilmesi, aynı çalışma parametreleri için takım ömrünü 2-4 kat uzatır. Alternatif olarak, aynı kesici uç aşınma seviyeleri elde edilirken kesme hızları veya ilerleme oranları önemli ölçüde artırılabilir.

Inconel 718, titanyum alüminit TiAl ve metal matrisli kompozitler MMC'ler gibi işlenmesi zor yeni nesil havacılık alaşımları için titanyum karbür takımlar, başka türlü mümkün olmayan uygulanabilir üretim seçenekleri sağlar.

Nozul Uçları

Titanyum karbür nozullar, tarımsal malzemeler ve mineral işlemeden bilyeli çekiçleme ve toz metal sinterlemeye kadar aşındırıcıları işleyen yüksek aşındırıcı partikül akışlarına dayanır:

Aşınma Direnci

Gıda, ilaç ve özel kimyasalların işlenmesinde kullanılan TiC nozul uçları, aşırı aşındırıcı ince toz akışlarında geleneksel tungsten karbür, silikon karbür ve krom karbür versiyonlarından 300 - 500% daha uzun ömürlüdür.

Yüksek Hız Koruması

Soğutma havası girdapları içeren titanyum karbür örtüler, kompozit uçak motoru kanatlarını 650 m/s hızı aşan gelen kumlardan korur. Kanat muhafaza testleri sırasında TiC bileşenleri, alternatif malzemelerin kırıldığı fan parçalanma olaylarından kaynaklanan kanat delinmelerinden sağlam bir şekilde kurtulur.

Aşırı Sıcaklık Kullanımı

Erimiş zirkonyum, çelik ve cam elyaf üretimi için plazma sprey nozulları, ek soğutma olmaksızın serbest duran TiC borulardan oluşur. TiC, kobalt ve nikel alaşımlarını kolayca tahrip eden 3000°C'nin üzerindeki cüruf korozyonuna ve metal damlacık fırlatma ısı akılarına güvenilir bir şekilde dayanır.

Nükleer Uygulamalar

Titanyum karbür, nükleer yakıtların kaplanmasından deneysel füzyon reaktörlerinde ilk duvar korumasına kadar nükleer enerji endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yakıt Kaplaması

Geleneksel zirkonyum yakıt kaplama alaşımları bir reaktör çekirdeği aşırı ısınma kazası sırasında oksitlenebilir, eriyebilir ve radyoaktif izotopları serbest bırakabilir. Ancak titanyum karbür kaplamalar daha soğuk, daha yavaş reaksiyonlara izin vererek kaçan partikülleri tutmak için pasifleştirici bir TiO2 tabakası oluşturur ve güvenlik limitlerini büyük ölçüde artırır.

Plazma Kaplama Bileşenleri

Deneysel tokamak füzyon reaktörlerinin içinde, yoğun 40 MW/m2 plazma ısı akıları, füzyon parçacıkları ve x-ışınları sürekli olarak yüzeyleri bombaladığından katı zırh karolarını hızla aşındırır. Termal püskürtmeli katmanlar veya serbest duran TiC bileşenleri, değiştirilmeleri gerekmeden önce tungsten alternatiflerine kıyasla 2-3 kat daha uzun çalışma ömürleriyle bu zorlu koşullara daha iyi dayanır.

Radyoaktif Atık Konteynerleri

Yakıt yeniden işlendikten sonra, yüksek seviyeli radyoaktif sıvılar korozyona dayanıklı kutularda depolanan borosilikat cam kütüklere vitrifiye edilir. Titanyum karbürün jeolojik zaman dilimleri boyunca gaz ve sıvılara karşı tam geçirimsizliği, çevreye sızıntı olmadan uzun süreli güvenli depolamayı mümkün kılar.

Petrol ve Gaz Sondajı

Titanyum karbür, şimdiye kadar geliştirilen en sert, en sıcak, aşınmaya en dayanıklı kaya delici uç malzemesi olarak özel bir ayrıcalığı hak etmektedir. TC düğmeleri, önceki polikristal elmas kompakt (PDC) çözümlerinden daha iyi performans göstererek petrol, gaz ve jeotermal sondaj endüstrisinde altın standart haline gelmiştir.

Sürtünmeli Kaya Aşınması

Derin arazi sondajı için 6000 m derinliğe kadar kullanılan döner konili matkap uçları, kesme sırasında aşırı kaya yüzeyi basınçları ve 100 kW sürtünme ısı akılarıyla karşılaşır. Katı TC uçlar, bu koşullar altında 3200 HV'yi aşan sertliği korurken, değiştirme gerektirmeden önce çelik dişlerden 5-10 kat daha hızlı delme yapar.

Yüksek Hızlı Kaya Penetrasyonu

Sert tortul veya bazalt katmanlarında uzmanlaşmış jeotermal ve petrol/gaz sondaj firmaları, eşdeğer aşınma ömrüne sahip alternatif matkap tiplerine kıyasla 4 kata kadar daha yüksek penetrasyon oranları sağlayan TC düğme uçları kullanmaktadır.

Sonuç olarak, hiçbir şey kayayı titanyum karbürden daha iyi kesemez ve aynı zamanda zorlu kuyu içi ortamına dayanamaz.

Sonuç

Aşırı sertlik, 3000°C'nin üzerinde sıcaklık direnci ve yüksek aşınma performansı ile titanyum karbür, rakip seramiklerde veya geleneksel alaşımlarda bulunmayan olağanüstü malzeme özelliklerini güçlendirir. TiC, her sektördeki en şiddetli termal, kimyasal ve mekanik aşırılıklara güvenilir bir şekilde dayanır.

Ancak önemli performans avantajlarına rağmen titanyum karbür, molibden veya tungsten gibi benzer refrakter metallerden daha ucuzdur. Yeteneklerin ve uygun fiyatın bu benzersiz kombinasyonu, titanyum karbürün havacılık, otomotiv, imalat, enerji ve dünya çapında en zorlu uygulamalarda artan kullanımını teşvik etmektedir.

Teknoloji ilerleyip daha güvenilir üretim ve kullanılabilirlik sağladıkça, titanyum karbür penetrasyonunun daha da hızlanmasını bekleyin. Malzeme kesici kenarı tanımlar.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin