Carburo di titanio

Carburo di titanio
Modello della struttura cristallina del carburo di titanio TiC
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	TiC
Massa molecolare (u)	59,88
Aspetto	polvere grigio-nera
Numero CAS	12070-08-5
Numero EINECS	235-120-4
PubChem	16211963 e 22836362
SMILES	[CH3-].[Ti]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm^3, in c.s.)	4,93[1]
Solubilità in acqua	< 10 mg/l[1]
Temperatura di fusione	3 140 °C (3 413 K)[1]
Temperatura di ebollizione	4 820 °C (5 093 K)[1]
Sistema cristallino	cubico
Proprietà termochimiche
ΔfH^0 (kJ·mol^−1)	-183,7[2]
Indicazioni di sicurezza

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]

Struttura

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 TiC_0,5 e TiC_0,98 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]

Sintesi

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

Proprietà

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]

Applicazioni

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]

Note

1. GESTIS.
2. Tulhoff 2002
3. Lengauer e Eder 2006
4. Christensen 1975
5. Schatt et al. 2006
6. Greenwood e Earnshaw 1997
7. Holleman e Wiberg 2007

Bibliografia

• (EN) A. N. Christensen, A neutron diffraction investigation on single crystals of titanium carbide, titanium nitride, and zirconium nitride (PDF), in Acta Chem. Scand., A29, n. 5, 1975, pp. 563-568. URL consultato il 17 aprile 2016 (archiviato dall'url originale il 7 maggio 2016).
• GESTIS, Titanium carbide, su gestis-en.itrust.de. URL consultato l'8 aprile 2016. Pagina del carburo di titanio nel data base GESTIS.
• (EN) N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the elements, 2ª ed., Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4.
• (DE) A. F. Holleman e N. Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Berlino, Walter de Gruyter, 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
• (EN) W. Lengauer e A. Eder, Carbides: Transition Metal Solid-state Chemistry, in Encyclopedia of Inorganic Chemistry, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2006, DOI:10.1002/0470862106.ia034, ISBN 9780470862100.
• (DE) W. Schatt, K.-P. Wieters e B. Kieback, Pulvermetallurgie, Springer, 2006, ISBN 9783540236528.
• (EN) H. Tulhoff e H. C. Starck, Carbides, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2002, DOI:10.1002/14356007.a05_061.

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