Cinétique de formation des sous-oxydes de titane lors de la réduction carbothermique du dioxyde

Laboratoire de matériaux céramiques et traitements de surface, URA CNRS 320, équipe «céramiques nouvelles», faculté des sciences, 123, av Albert-Thomas, 87060 Limoges Cedex, France.

Résumé

Entre 1010° et 1110°C, la réaction de TiO₂ avec le carbone se limite à la seule réduction du dioxyde, formant en général Ti₃O₅ avec deux réactions simultanées :

1. Décomposition cinétiquement limitante du dioxyde :

3 TiO₂ → Ti₃O₅ + 1/2 O2

2. Formation de CO en quasi-équilibre :

C + 1/2 O₂ [math] CO

La diffusion de l'oxygène dans les sous-oxydes Ti_nO_2n-1 formés en cours de réaction (10 ≤ n ≤ 3) est le processus élémentaire limitant.

L'augmentation de PCO ralentit la réaction et le couplage entre la température et PCO, empêche l'exploitation analytique des cinétiques.

Pour P_CO = 5.10³ Pa et T ≤ 1030°C, Ti₄O₇ est le produit final de la réaction.

Abstract

Formation of TiC from mixtures of TiO₂ and C does not occur at the temperature of the study (1010 ≤ T ≤ 1110°C). The first stage of the reaction, the reduction of the dioxide into several suboxides, is only observed at these temperatures. Two simultaneous reactions take place :

1. The rate controlled decomposition of TiO₂, such as :

3 TiO₂ → Ti₃O₅ + 1/2 O2

2. The formation of CO, in quasi-equilibrium, by :

C + 1/2 O₂ [math] CO

During the reaction appear the titanium suboxides Ti_nO_2n-1 (10 ≤ n ≤ 3). Inside of them occurs oxygen diffusion that is the limiting step of the reaction.

The addition of carbon monoxide slows down the rate of the reaction and the noticed linkage between temperature and PCO prevents any analytical development.

In some cases (P_CO = 5.10³ Pa and T ≤ 1030°C), the final product of the reaction is Ti₄O₇.