Carbure de titane

Carbure de titane
Représentation de la structure cristalline du carbure de titane
Identification
N^o CAS	12070-08-5
N^o ECHA	100.031.916
N^o CE	235-120-4
Apparence	solide gris, très inflammable sous forme de poudre[1]
Propriétés chimiques
Formule	CTiTiC
Masse molaire[2]	59,878 ± 0,002 g/mol C 20,06 %, Ti 79,94 %,
Propriétés physiques
T° fusion	3 140 °C[1]
T° ébullition	4 820 °C[1]
Masse volumique	4,93 g·cm^-3[1] à 20 °C
Cristallographie
Système cristallin	Cubique
Classe cristalline ou groupe d’espace	(n^o 225) cubique Hermann-Mauguin : ${\displaystyle F\ 4/m\ {\bar {3}}\ 2/m\,}$ Hermann-Mauguin court : ${\displaystyle Fm{\bar {3}}m\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle O_{h}^{5}\,}$
Structure type	Halite
Précautions
SGH[1]
Attention H228, P210, P240, P241, P280 et P370+P378 H228 : Matière solide inflammable P210 : Tenir à l’écart de la chaleur/des étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. — Ne pas fumer. P240 : Mise à la terre/liaison équipotentielle du récipient et du matériel de réception. P241 : Utiliser du matériel électrique/de ventilation/d’éclairage/…/antidéflagrant. P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P370+P378 : En cas d’incendie : utiliser … pour l’extinction.
SIMDUT[1]
B4,
NFPA 704[1]
2 1 1
Transport[1]
40    3178    Code Kemler : 40 : matière solide inflammable ou matière autoréactive ou matière autoéchauffante Numéro ONU : 3178 : SOLIDE INORGANIQUE INFLAMMABLE, N.S.A. Classe : 4.1 Étiquette : 4.1 : Matières solides inflammables, matières autoréactives, matières solides explosibles désensibilisées et matières qui polymérisent Emballage : Groupe d'emballage III : matières faiblement dangereuses.
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le carbure de titane est un composé chimique de formule TiC. Il existe naturellement sous la forme d'un minéral très rare, la khamrabaïévite^[3]. Il est insoluble dans l'eau, l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique, mais est soluble dans l'acide nitrique. Il est stable dans l'air jusqu'à 800 °C. Bon conducteur de l'électricité, c'est une céramique ultraréfractaire (point de fusion à 3 140 °C) ultradure (9 à 9,5 sur l'échelle de Mohs) semblable au carbure de tungstène WC, avec une structure cristalline cubique à faces centrées présentant toujours un écart à la stœchiométrie, allant de TiC_0,98 à TiC_0,3, ce qui laisse toujours des sites du carbone vacants dans le réseau cristallin.

Le carbure de titane intervient par exemple dans la fabrication de cermets, souvent utilisés pour l'usinage de pièces en acier à grande vitesse de coupe. Il permet également de protéger des surfaces contre l'abrasion, la corrosion et l'acidité, et peut être employé comme revêtement pour boucliers thermiques de rentrée atmosphérique pour engins spatiaux. Il présente un module de Young d'environ 460 GPa^[4] et un module de cisaillement de 188 GPa^[5].

Le carbure de titane peut être formé sur une surface par dépôt physique en phase vapeur (PVD) de méthane CH₄ et de titane :

Ti + CH₄ ⟶ TiC + 2 H₂.

Il peut également être produit par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à partir du tétrachlorure de titane TiCl₄ :

TiCl₄ + CH₄ ⟶ TiC + 4 HCl.

Une autre méthode repose sur la réduction du dioxyde de titane TiO₂ par le carbone :

TiO₂ + 3 C ⟶ TiC + 2 CO.

Il est possible d'obtenir un précipité de carbure de titane particulièrement pur et stœchiométrique à partir d'un mélange défini de tétrachlorure de titane TiCl₄ et de tétrachlorométhane CCl₄ sur des bâtonnets en graphite chauffés à plus de 1 250 °C^[6] :

TiCl₄ + CCl₄ + 4 H₂ ⟶ TiC↓ + 8 HCl.

Notes et références

1. « Fiche du composé Titanium carbide, 99.5% (metals basis)  », sur Alfa Aesar (consulté le 31 décembre 2018).
2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. (en) John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh et Monte C. Nichols, « Khamrabaevite », dans le Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America, 2001.
4. (en) E. Török, A. J. Perry, L. Chollet et W. D. Sproul, « Young's modulus of TiN, TiC, ZrN and HfN », Thin Solid Films, vol. 153, n^os 1-3,‎ 26 octobre 1987, p. 37-43 (DOI 10.1016/0040-6090(87)90167-2, Bibcode 1987TSF...153...37T, lire en ligne)
5. (en) Roger Chang et L. J. Graham, « Low‐Temperature Elastic Properties of ZrC and TiC », Journal of Applied Physics, vol. 37, n^o 10,‎ juin 1966, p. 3778-3783 (DOI 10.1063/1.1707923, Bibcode 1966JAP....37.3778C, lire en ligne)
6. (de) Georg Brauer, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3^e édition, vol. 2, Ferdinand Enke, Stuttgart, 1978, p. 1385. (ISBN 3-432-87813-3)