جزيئات كربيد التيتانيوم النانوية

كربيد التيتانيوم هو المركب الثنائي وهو مادة خزفية شديدة المقاومة للحرارة تشبه كربيد التنجستن، وهو الكربيد الوحيد في نظام التيتانيوم – الكربون مثل كربيد التنجستن (WC) وهو أيضًا عبارة عن مكون مهم من الكربيدات الأسمنتية المستخدمة في أدوات القطع.

اكتشاف جزيئات كربيد التيتانيوم النانوية

• يحتل كربيد التيتانيوم مكانة خاصة بين مركبات المعدن الانتقالي للنظام الدوري للعناصر الكيميائية، حيث أنه يتميز بصلابته الخاصة ومقاومته للحرارة والمتانة، مما يعمل على تحديد استخدامه على نطاق واسع كقاعدة للسبائك الصلبة التي لا تحتوي على التنجستن، والصيغة الكيميائية لهذه المادة هي كالتالي: (TiC)، أما خارجيا هو عبارة عن مسحوق رمادي فاتح.

• بدأ إنتاج كربيد التيتانيوم في العشرينات من القرن العشرين عندما كانت الشركات العاملة في إنتاج المصابيح المتوهجة تبحث عن بديل لتقنية إنتاج خيوط التنجستن والتي كانت باهظة الثمن، ونتيجة لذلك فقد تم اختراع طريقة من أجل إنتاج كربيد الأسمنت، حيث كانت هذه التكنولوجيا أقل تكلفة وذلك لأن المادة الخام وهي ثاني أكسيد التيتانيوم، كانت أرخص ثمنا.

• في عام 1970 ميلادي بدأ استخدام نيتريد التيتانيوم، مما جعل من الممكن زيادة لزوجة المركبات الأسمنتية في حين أن إضافات كلا من الكروم والنيكل جعلت من الممكن زيادة مقاومة التآكل لكربيد التيتانيوم، أما في عام 1980 ميلادي، فقد تم تطوير عملية تلبيد المسحوق تحت تأثير الضغط المنتظم (الضغط)، حيث أدى هذا إلى تحسين جودة المواد، وتستخدم مساحيق الكربيد الملبدة حاليًا في المجالات التكنولوجية التي تتطلب مقاومة عالية لدرجة الحرارة والتآكل والأكسدة.

خصائص جزيئات كربيد التيتانيوم النانوية

• يحتوي كربيد التيتانيوم على عدد من الخصائص المختلفة التي أمنت طلبه في الصناعة لسنوات عديدة، ومن أهم هذه الخصائص: الصلابة العالية ومقاومة الحريق، بالإضافة إلى نقطة الانصهار العالية والمقاومة العالية للتآكل، وأيضا الموصلية الحرارية الجيدة.

• حيث أنه بفضل جميع هذه الصفات فإنه يتم استخدام هذا المركب للطلاء في تصنيع أنواع مختلفة من الأدوات بما في ذلك المثاقب عالية السرعة، كما يساهم هذا في زيادة كبيرة في كفاءة عمليات الإنتاج في صناعة تشغيل المعادن وصناعة الفحم وغيرها من الصناعات المختلفة.

• تظهر الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم على شكل مادة مسحوقية ذات لون بني فاتح إلى بني غامق أو أسود، في شكله النقي، أي عندما لا يتم خلطه بمواد أخرى فهو جيد جدًا ويشعر بلمسة زلقة، ومن مميزات الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم أنها غير قابلة للذوبان عمليًا في الماء.

• والجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم مستقرة جدًا في وجود الأحماض والمؤكسدات ولكنها قابلة للذوبان في خليط من حامض النيتريك وحمض الهيدروفلوريك، أما عند درجة حرارة عالية جدًا (> 1000 درجة مئوية) فإنه يتفاعل مع الهواء مكونًا (TiO) و (TiN)، والآن دعونا ندرس بعض خصائصه الهامة بالتفصيل:

صلابة جسيمات كربيد التيتانيوم النانوية

• تعتبر الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم شديدة الصلابة وخاصة عندما تقترن بخصائص التشحيم فإنها تجعلها مادة جذابة لمثاقب الطلاء، وإذا كانت قطعة الأداة لا تحتوي على التنجستن، فإنه من الممكن صنعها بجسيمات نانوية من كربيد التيتانيوم في مصفوفة من النيكل والكوبالت، حيث سيؤدي ذلك إلى العمل على تحسين سرعة القطع للأداة بالإضافة إلى زيادة دقة الأداة ونعومة قطعة العمل.

• ونظرًا للصلابة العالية للغاية لمادة كربيد التيتانيوم، خاصة في منطقة تشكيل المعدن للصفائح السميكة فإنه قد تم ملاحظة تحسينات كبيرة، وتضمن تقنية طلاء (CVD) أعلى قوة لاصقة واحتياطية تآكل للأدوات التي لا تمتلك أهمية بالغة من حيث دقة الأبعاد، كما أنه وبعد عملية الطلاء فإنه يضمن التلميع شديد اللمعان للأسطح الوظيفية تقليل الاحتكاك والأسطح المعززة للفيلم.

• ونظرًا لصلابة كربيد التيتانيوم العالية فهو مقاوم للتآكل مما يجعلها خيارًا جيدًا لأدوات القطع مثل القوالب واللكمات والطواحين، وهو من الكربيدات الطبيعية الأخرى، وكربيد التيتانيوم مهم بسبب قوته الذاتية، حيث تأتي القوة بسبب ترتيب جزيئات المادة الصلبة.

خصائص تشحيم جزيئات كربيد التيتانيوم النانوية

• لقد تم اختبار إمكانات الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم كمواد تشحيم (على النطاق المجهري وذلك باستخدام مجهر القوة الذرية) من أجل مقارنة خصائص احتكاكها بخصائص جسيمات نيتريد التيتانيوم وجسيمات كلوريد الفينيل، وقد وجد أن الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم كان لها أقل استجابات احتكاكية من الثلاثة.

• كما وقد تفوقت خصائص التشحيم الخاصة بكربيد التيتانيوم على خصائص المواد الأخرى بغض النظر عن شكل وتكوين الأطراف المستخدمة في الاختبارات، وأظهرت المواد الأخرى أيضًا اعتمادًا قويًا على تكوين السطح المقابل والذي يفتقر إليه كربيد التيتانيوم.

الخواص الكيميائية لجسيمات كربيد التيتانيوم النانوية

• إن الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم مستقرة جدًا، وتمتلك درجة غليان مقدارها 4820 درجة مئوية، ونقطة انصهار تساوي 3140 درجة مئوية، ووزن جزيئي مقداره 59.89 جم لكل مول، أما من حيث العناصر فإن كلا من الكربون والتنغستن والرينيوم تمتلك نقاط انصهار أعلى من كربيد التيتانيوم.

معلومات عامة عن مسحوق كربيد التيتانيوم النانوي

• من ناحية التخزين، فإنه تؤثر الرطوبة على أداء وخصائص انتشار كربيد التيتانيوم، لذلك فإنه يجب أن يتم إحكام غلق هذا المنتج في فراغ وتخزينه في غرفة باردة وجافة ويجب ألا يتعرض للهواء، وعلاوة على ذلك فإنه يجب تجنب المنتج تحت الشد.

• ومن ناحية هيكل الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم فإنه يتبلور كربيد التيتانيوم بهيكل مكعب محوره الوجه مع ثابت شبكي (أ = 432.8 م)، وهذا الهيكل مشابه لهيكل كلوريد الصوديوم، وغالبًا ما يكون مركبًا غير متكافئ، وبالنسبة لهذه الخصائص فإنه يتم تصنيف كربيد التيتانيوم على أنه كربيد فلز خلالي.

• توليف كربيد التيتانيوم (NP)، من الممكن أن يتم تصنيع كربيد التيتانيوم عن طريق وضع جزيئات التيتانيوم أو ثاني أكسيد التيتانيوم أو ملح التيتانيوم في الكربون وتسخينه إلى درجات حرارة عالية، والتحلل الحراري للكربون وطلاء الجزيئات بالكربون، ومن ثم فإنه يتم تسخين هذه الجسيمات في جو خامل إنتاجه، وثم يتم تحويل (Titanium Caribe) إلى جزيئات نانوية.

• كربيد التيتانيوم لونه رمادي، والجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم لها مساحة سطح كبيرة وهي أكثر فاعلية من حيث الخصائص والتطبيقات، إن الجسيم النانوي هو جسيم يقل حجمه عن 100 نانومتر، ونانومتر واحد هو واحد من المليار من المتر، لذلك في هذه المقالة سوف ندرس كل شيء عن الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم (TiC).

وفي الخلاصة نستنتج أن الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم مستقرة جدًا، وهي شديدة الصلابة وخاصة عندما تقترن بخصائص التشحيم لونها رمادي، لها مساحة سطح كبيرة، وهي ذات فاعلية من حيث الخصائص والتطبيقات، ويمكنكم الولوج إلى هذا الرابط لمعرفة المزيد عن تطبيقات الجسيمات النانوية من كربيد التيتانيوم: (/?p=1353407&preview=true).