碳化钛陶瓷

碳化钛陶瓷是典型的过渡金属碳化物。它的键性是由离子键、共价键和金属键混合在同一晶体结构中，因此TiC具有许多独特的性能。晶体的结构决定了TiC具有高硬度、高熔点、耐磨损以及导电性等基本特征。

碳化钛晶体结构碳化钛属于过渡金属碳化物1，由较小的C原子插入到Ti密堆积点阵的八面体位置而形成面心立方的NaCI型结构，如右图所示,其空间群为Fm3m。碳化钛的真实组成为非化学计量，采用通式TiC表示。

这种NaCl型结构中存在金属键、离子键及共价键等三种化学键，金属键来自弗米能态非零密度和原子球之间区域相对高的电子密度。离子键是由于电荷从Ti原子迁移到C原子产生静电力的结果。相对于中性原子的理想晶体，有近0.36个电子从Ti原子球迁移。一个Ti原子的5个3d轨道分裂成t2对称的三个轨道和er对称的两个轨道。

特点碳化钛TiC陶瓷属面心立方晶型，熔点高，导热性能好，硬度大，化学稳定好，不水解，高温抗氧化性好，在常温下不与酸起反应，但在硝酸和氢氟酸的混合酸中能溶解，于1000℃在氮气气氛中形成氮化物。

制备方法碳化钛粉末一般情况下由TiO2与炭黑在通氢气的碳管炉或调频真空炉内于1600℃--1800℃高温下反应制得。成型可采用陶瓷常规成型方法，烧成一般多采用热压法，也可采用自蔓延高温合成法（SHS法），其优点是节省能源，工艺简单，产品纯度高。

应用1.复相材料2：碳化钛陶瓷属于超硬工具材料，TiC可与TiN、 WC、Al2O3等原料制成各类复相陶瓷材料，这些材料具有高熔点、高硬度、优良的化学稳定性，是切削工具、耐磨部件的优选材料。碳化钛基金属陶瓷因为不与钢产生月牙洼状磨损且抗氧化性好，被用于高速线材的导轮和碳钢的切削加工。含碳化钛的复相陶瓷刀具已经有比较广泛的应用。

2.涂层材料：碳化钛作为表面涂层是一种极耐磨损的材料。在金刚石表面通过物理或化学方法镀覆某些强碳化物形成金属或合金，这些金属或合金在高温下能和金刚石表面的碳原子发生界面反应，生成稳定的金属碳化物。这些碳化物不仅能和金刚石存在较好的键合，而且能很好的被基体金属所浸润，从而增强金刚石与基体金属之间的粘接力。在刀具上沉积层碳化钛薄膜，就可以使刀具的使用寿命提高几倍。

3. 在核聚变反应堆的研究中，碳化钛涂层材料和(TiN+ TiC) 复合涂层材料，经化学热处理后在碳化钛表面生成的抗氚渗透层，能抵抗氢离子辐照和抵抗很大的温度梯度及热循环。

4.此外碳化钛还可以制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩锅；透明的碳化钛陶瓷还是良好的光学材料。

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任毅如 - 副教授 - 湖南大学