টাইটানিয়াম কার্বাইড: উত্পাদন, রচনা, উদ্দেশ্য, বৈশিষ্ট্য এবং অ্যাপ্লিকেশন

2024 লেখক: Howard Calhoun | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-02 13:50

টাইটানিয়াম কার্বাইড টাংস্টেনের প্রতিশ্রুতিশীল অ্যানালগগুলির মধ্যে একটি। এটি শারীরিক এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের দিক থেকে পরেরটির থেকে নিকৃষ্ট নয় এবং এই যৌগটির উত্পাদন আরও অর্থনৈতিক। এটি কার্বাইড কাটার সরঞ্জামগুলির পাশাপাশি তেল এবং সাধারণ প্রকৌশল, বিমান চালনা এবং রকেট শিল্পে সর্বাধিক ব্যবহৃত হয়৷

আবিষ্কারের বিবরণ এবং ইতিহাস

রাসায়নিক উপাদানের পর্যায় সারণীর ট্রানজিশন ধাতব যৌগগুলির মধ্যে টাইটানিয়াম কার্বাইড একটি বিশেষ স্থান দখল করে। এটি তার বিশেষ কঠোরতা, তাপ প্রতিরোধের এবং শক্তি দ্বারা আলাদা করা হয়, যা টংস্টেন ধারণ করে না এমন শক্ত খাদগুলির ভিত্তি হিসাবে এর ব্যাপক ব্যবহার নির্ধারণ করে। এই পদার্থের রাসায়নিক সূত্র টিআইসি। বাহ্যিকভাবে, এটি একটি হালকা ধূসর পাউডার৷

এর উৎপাদন 1920-এর দশকে শুরু হয়েছিল, যখন ভাস্বর বাল্ব উৎপাদনকারী কোম্পানিগুলো টংস্টেন ফিলামেন্ট তৈরির জন্য ব্যয়বহুল প্রযুক্তির বিকল্প খুঁজছিল। ফলস্বরূপ, সিমেন্টযুক্ত কার্বাইড উত্পাদনের জন্য একটি পদ্ধতি উদ্ভাবিত হয়েছিল। এই প্রযুক্তিটি কম ব্যয়বহুল ছিল, যেহেতু কাঁচামাল -টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড আরও সাশ্রয়ী ছিল৷

1970 সালে, টাইটানিয়াম নাইট্রাইটের ব্যবহার শুরু হয়েছিল, যা সিমেন্টযুক্ত জয়েন্টগুলির সান্দ্রতা বাড়ানো সম্ভব করেছিল এবং ক্রোমিয়াম এবং নিকেল সংযোজনগুলি টাইটানিয়াম কার্বাইডের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ানো সম্ভব করেছিল। 1980 সালে, ইউনিফর্ম কম্প্রেশন (টিপে) এর প্রভাবে পাউডার সিন্টারিংয়ের জন্য একটি প্রক্রিয়া তৈরি করা হয়েছিল। এটি উপাদানের গুণমান উন্নত করেছে। সিন্টারযুক্ত কার্বাইড পাউডারগুলি বর্তমানে এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয় যেখানে উচ্চ তাপমাত্রা, পরিধান এবং অক্সিডেশন প্রতিরোধের প্রয়োজন হয়৷

রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য

টাইটানিয়াম কার্বাইডের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য প্রযুক্তিতে এর ব্যবহারিক গুরুত্ব নির্ধারণ করে। এই যৌগটির নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্য রয়েছে:

• HCl, HSO₄, H₃PO_{4, ক্ষার;}
• ক্ষার এবং অ্যাসিড দ্রবণে উচ্চ জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা;
• দস্তা গলানোর সাথে কোন মিথস্ক্রিয়া নেই, প্রধান ধরনের ধাতব স্ল্যাগ;
• শুধুমাত্র 1100 °C এর উপরে তাপমাত্রায় সক্রিয় অক্সিডেশন;
• ইস্পাত, ঢালাই লোহা, নিকেল, কোবাল্ট, সিলিকনের দ্রবীভূত করার ক্ষমতা;
• T>40 °C তাপমাত্রায় ক্লোরিন মিডিয়ামে TiCl₄

শারীরিক ও যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য

এই পদার্থের প্রধান শারীরিক ও যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য হল:

1. থার্মোফিজিকাল: গলনাঙ্ক - 3260±150 °C; ফুটন্ত পয়েন্ট - 4300 ° সে; তাপ ক্ষমতা - 50, 57 J/(K∙mol); 20 ডিগ্রি সেলসিয়াসে তাপ পরিবাহিতা (কন্টেন্টের উপর নির্ভর করেকার্বন) - 6.5-7.1 W/(m∙K)।
2. শক্তি (20 ডিগ্রি সেলসিয়াসে): সংকোচনের শক্তি - 1380 MPa; প্রসার্য শক্তি (গরম চাপা কার্বাইড) - 500 MPa; মাইক্রোহার্ডনেস - 15,000-31,500 MPa; প্রভাব শক্তি - 9.5∙10⁴ kJ/m^{2; মোহস স্কেলে কঠোরতা - 8-9 ইউনিট।}
3. প্রযুক্তিগত: পরিধানের হার (কার্বন সামগ্রীর উপর নির্ভর করে) – 0.2-2 µm/h; ঘর্ষণ সহগ - 0.4-0.5; ওয়েল্ডেবিলিটি খারাপ।

গ্রহণ

টাইটানিয়াম কার্বাইড উত্পাদন বিভিন্ন পদ্ধতি দ্বারা সঞ্চালিত হয়:

• টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড এবং কঠিন কার্বারাইজিং উপাদান থেকে কার্বন-থার্মাল পদ্ধতি (মিশ্রণে যথাক্রমে 68 এবং 32%)। পরের হিসাবে, কালি সবচেয়ে প্রায়ই ব্যবহৃত হয়। কাঁচামাল প্রথমে ব্রিকেটের মধ্যে চাপা হয়, যা পরে একটি ক্রুসিবলে স্থাপন করা হয়। হাইড্রোজেনের প্রতিরক্ষামূলক বায়ুমণ্ডলে 2000 °C তাপমাত্রায় কার্বন স্যাচুরেশন ঘটে।
• 1600 ডিগ্রি সেলসিয়াসে টাইটানিয়াম পাউডারের সরাসরি কার্বিডাইজেশন।
• সিউডো-গলানো - 2050 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত দ্বি-পর্যায়ের স্কিমে সট ব্রিকেট সহ ধাতব গুঁড়ো গরম করা। টাইটানিয়াম গলে কাঁচ দ্রবীভূত হয়, এবং আউটপুট কার্বাইড দানা হয় 1 হাজার মাইক্রন পর্যন্ত।
• টাইটানিয়াম পাউডার এবং কার্বন ব্ল্যাকের মিশ্রণের ভ্যাকুয়ামে ইগনিশন (আগে ব্রিকেটেড)। দহন প্রতিক্রিয়া কয়েক সেকেন্ড স্থায়ী হয়, তারপর রচনাটি ঠান্ডা হয়।
• হ্যালাইডস থেকে প্লাজমা-রাসায়নিক পদ্ধতি। এই পদ্ধতিটি কেবল কার্বাইড পাউডারই নয়, আবরণ, তন্তু, একক স্ফটিকও পাওয়া সম্ভব করে তোলে। সবচেয়ে সাধারণ মিশ্রণ হল টাইটানিয়াম ক্লোরাইড, মিথেন এবং হাইড্রোজেন। প্রক্রিয়া একটি তাপমাত্রা বাহিত হয়1200-1500°C আর্ক ডিসচার্জ বা উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি জেনারেটর ব্যবহার করে প্লাজমা প্রবাহ তৈরি হয়।
• টাইটানিয়াম অ্যালয় চিপস থেকে (হাইড্রোজেনেশন, গ্রাইন্ডিং, ডিহাইড্রোজেনেশন, কার্বনেশন বা কার্বন ব্ল্যাক কার্বিডাইজেশন)।

এই পদ্ধতিগুলির একটি দ্বারা তৈরি পণ্যটি গ্রাইন্ডিং ইউনিটে প্রক্রিয়া করা হয়। পাউডারে পিষে 1-5 মাইক্রন আকারের কণা বাহিত হয়।

ফাইবার এবং স্ফটিক

একক স্ফটিক আকারে টাইটানিয়াম কার্বাইড প্রাপ্তি বিভিন্ন উপায়ে করা হয়:

1. গলানোর পদ্ধতি। এই প্রযুক্তির বিভিন্ন প্রকার রয়েছে: ভার্নিউইল প্রক্রিয়া; sintered rods গলে গঠিত একটি তরল স্নান থেকে অঙ্কন; আর্ক চুল্লিতে ইলেক্ট্রোথার্মাল পদ্ধতি। এই কৌশলগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় না কারণ তাদের উচ্চ শক্তি খরচের প্রয়োজন হয়৷
2. সমাধান পদ্ধতি। টাইটানিয়াম এবং কার্বন যৌগগুলির মিশ্রণ, সেইসাথে দ্রাবকের ভূমিকা পালন করে এমন ধাতুগুলি (লোহা, নিকেল, কোবাল্ট, অ্যালুমিনিয়াম বা ম্যাগনেসিয়াম), একটি ভ্যাকুয়ামে 2000 ডিগ্রি সেলসিয়াসে গ্রাফাইটে উত্তপ্ত হয়। ধাতু গলিয়ে কয়েক ঘন্টা রাখা হয়, তারপর হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড দ্রবণ এবং হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড দিয়ে চিকিত্সা করা হয়, ধুয়ে শুকানো হয়, গ্রাফাইট অপসারণের জন্য ট্রাইক্লোরিথিলিন এবং অ্যাসিটোনের মিশ্রণে ভাসানো হয়। এই প্রযুক্তি উচ্চ বিশুদ্ধতার স্ফটিক তৈরি করে৷
3. টাইটানিয়াম হ্যালাইডস TiCl₄, TiI_{4 এর সাথে একটি প্লাজমা জেটের মিথস্ক্রিয়া চলাকালীন চুল্লিতে প্লাজমা-রাসায়নিক সংশ্লেষণ। মিথেন, ইথিলিন, বেনজিন, টলুইন এবং অন্যান্য কার্বন উৎস হিসেবে ব্যবহৃত হয়।হাইড্রোকার্বন এই পদ্ধতির প্রধান অসুবিধা হল প্রযুক্তিগত জটিলতা এবং কাঁচামালের বিষাক্ততা।}

1250-1350 °C তাপমাত্রায় একটি গ্যাসীয় মাধ্যমে (প্রোপেন, কার্বন টেট্রাক্লোরাইড হাইড্রোজেনের সাথে মিশ্রিত) টাইটানিয়াম ক্লোরাইড জমা করার মাধ্যমে ফাইবারগুলি পাওয়া যায়।

টাইটানিয়াম কার্বাইডের প্রয়োগ

এই যৌগটি তাপ-প্রতিরোধী, তাপ-প্রতিরোধী এবং শক্ত টংস্টেন-মুক্ত অ্যালয়, পরিধান-প্রতিরোধী আবরণ, ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম উপকরণ প্রস্তুতে একটি উপাদান হিসাবে ব্যবহৃত হয়।

টাইটানিয়াম কার্বাইড কার্বাইড সিস্টেমগুলি নিম্নলিখিত পণ্যগুলির জন্য ব্যবহৃত হয়:

• ধাতু কাটার সরঞ্জাম;
• রোলিং মেশিনের অংশ;
• তাপ-প্রতিরোধী ক্রুসিবল, থার্মোকল অংশ;
• চুল্লির আস্তরণ;
• জেট ইঞ্জিনের যন্ত্রাংশ;
• অ-ব্যবহারযোগ্য ওয়েল্ডিং ইলেক্ট্রোড;
• আক্রমনাত্মক পদার্থ পাম্প করার জন্য ডিজাইন করা যন্ত্রপাতির উপাদান;
• পলিশিং এবং ফিনিশিং পৃষ্ঠতলের জন্য ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম পেস্ট।

অংশগুলি পাউডার ধাতুবিদ্যা দ্বারা তৈরি করা হয়:

• সিন্টারিং এবং গরম চাপ দিয়ে;
• প্লাস্টারের ছাঁচে স্লিপ ঢালাই এবং গ্রাফাইট চুল্লিতে সিন্টারিং করে;
• টিপে এবং সিন্টারিং করে।

লেপ

টাইটানিয়াম কার্বাইড আবরণ আপনাকে অংশগুলির কার্যক্ষমতা বাড়াতে এবং একই সাথে ব্যয়বহুল উপকরণগুলিকে বাঁচাতে দেয়। তারা নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্য দ্বারা চিহ্নিত করা হয়:

• উচ্চ পরিধান প্রতিরোধের এবং কঠোরতা;
• রাসায়নিক স্থিতিশীলতা;
• ঘর্ষণ সহগ কম;
• ঠান্ডা ঢালাইয়ের প্রবণতা কম;
• স্কেল প্রতিরোধ।

টাইটানিয়াম কার্বাইডের একটি স্তর বেস উপাদানে বিভিন্ন উপায়ে প্রয়োগ করা হয়:

• বাষ্প জমা।
• প্লাজমা বা ডিটোনেশন স্প্রে করা।
• লেজার ক্ল্যাডিং।
• আয়ন-প্লাজমা স্প্রে করা।
• ইলেক্ট্রো-স্পার্ক অ্যালয়িং।
• ডিফিউশন স্যাচুরেশন।

Cermet এছাড়াও টাইটানিয়াম কার্বাইড এবং নিকেল তাপ-প্রতিরোধী মিশ্রণের ভিত্তিতে তৈরি করা হয় - একটি যৌগিক উপাদান যা তরল মিডিয়াতে অংশগুলির পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা 10 গুণ বৃদ্ধি করতে দেয়৷ এই সংমিশ্রণের ব্যবহার পাম্পিং সরঞ্জাম এবং অন্যান্য সরঞ্জামগুলির পরিষেবা জীবন বৃদ্ধির জন্য প্রতিশ্রুতিবদ্ধ, যার মধ্যে রয়েছে জলাধারের চাপ বজায় রাখার জন্য ইনজেকশন অগ্রভাগ, ফ্লেয়ার বার্নার, ড্রিল বিট, ভালভ৷

কার্বাইডস্টিল

টাংস্টেন এবং টাইটানিয়াম কার্বাইডগুলি কার্বাইড স্টিল তৈরির জন্য ব্যবহৃত হয়, যা তাদের বৈশিষ্ট্যে হার্ড অ্যালয় এবং উচ্চ-গতির স্টিলের মধ্যে একটি মধ্যবর্তী অবস্থান দখল করে। অবাধ্য ধাতু তাদের উচ্চ কঠোরতা, শক্তি এবং পরিধান প্রতিরোধের, এবং ইস্পাত ম্যাট্রিক্স - দৃঢ়তা এবং নমনীয়তা প্রদান করে। টাইটানিয়াম এবং টাংস্টেন কার্বাইডের ভর ভগ্নাংশ 20-70% হতে পারে। এই ধরনের উপকরণ উপরে নির্দেশিত পাউডার ধাতুবিদ্যার পদ্ধতি দ্বারা প্রাপ্ত হয়।

কার্বাইড স্টিলগুলি কাটার সরঞ্জাম, সেইসাথে মেশিনের যন্ত্রাংশ উত্পাদনের জন্য ব্যবহৃত হয়,শক্তিশালী যান্ত্রিক এবং ক্ষয়কারী পরিধানের পরিস্থিতিতে কাজ করা (বিয়ারিং, গিয়ার, বুশিং, শ্যাফ্ট এবং অন্যান্য)।