Sur la formation du carbure de titane TiC à partir de l’oxycarbure Ti₂OC

¹ Laboratoire de matériaux céramiques et traitements de surface, URA CNRS n° 320, 123, av Albert-Thomas, 87060 Limoges France.

Résumé

La formation du carbure de titane à partir de l'oxycarbure Ti2OC selon 1' equation :

Ti₂OC + 2 C → 2 TiC + CO

constitue la dernière étape du procédé industriel de réduction carbothermique du dioxyde de titane. Il n'y a pas véritablement de réaction solide/solide mais deux réactions solide/gaz simultanées :

Ti₂OC + CO 2 TiC + O₂

et 2 C + O₂ [math] 2 CO

associées à une énergie d'activation apparente E = 492 ± 12 kJ.mol^-1. Le mécanisme réactionnel est gouverné entre 1320 et 1450 °C par un processus diffusionnel, l'étape limitante étant vraisemblablement la diffusion centripète du carbone au sein des grains d'oxycarbure, dont la composition évolue lentement vers celle du carbure. Aucune modification morphologique n'accompagne le changement de composition et l'on observe seulement une augmentation du paramètre moyen de la maille cubique de l'oxycarbure (0,4295 nm) vers celui du carbure (environ 0,432 nm), qui demeure toujours légèrement sous-stoechiométrique.

Abstract

Titanium carbide synthesis from oxycarbide Ti2OC following equation :

Ti₂OC + 2 C → 2 TiC + CO

is the ultimate step in the industrial process of carbothermic reduction of titanium dioxide.

There is not really one solid/solid reaction but two simultaneous solid/gaz reactions

Ti₂OC + CO → 2 TiC + O₂

2C + O₂ [math] 2 CO

with an apparent activation energy of 492 + 12 kJ.mol^-1.

The reaction mechanism is governed by a diffusionnal process whose limiting step is probably the centripetal diffusion of carbon inside the oxycarbide grains. Their composition slowly slides towards that of carbide during the reaction, but no morphological change is observed, except the growth of the cubic lattice parameter from that of the oxycarbide (0.4295 mn) to that of the carbide (about 0.432 ran) which remains always slightly sub-stoechiometric.