Titancarbid

Titancarbid ist eine anorganische chemische Verbindung aus den Elementen Titan und Kohlenstoff. In der Natur ist Titancarbid sehr selten als Mineral Khamrabaevit zu finden.^[4][5]

Kristallstruktur
_ Ti4+ 0 _ C4−
Kristallsystem	kubisch
Raumgruppe	Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225
Koordinationszahlen	Ti[6], C[6]
Allgemeines
Name	Titancarbid
Verhältnisformel	TiC
Kurzbeschreibung	graue bis schwarze, silberglänzende Verbindung[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 12070-08-5 EG-Nummer 235-120-4 ECHA-InfoCard 100.031.916 PubChem 16211963 ChemSpider 17339874 Wikidata Q420675
Eigenschaften
Molare Masse	59,88 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	4,93 g·cm−3[2]
Schmelzpunkt	3140 °C[2]
Siedepunkt	4820 °C[2]
Löslichkeit	< 10 mg·l−1 in Wasser[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[2] keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze
MAK	Schweiz: 5 mg·m−3 (gemessen als einatembarer Staub)[3]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Gewinnung und Darstellung

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]

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

Eigenschaften

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]

Verwendung

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]

Einzelnachweise

1. Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 1421.
2. 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. 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. 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).