Carbonitrure de titane

Le carbonitrure de titane est une céramique réfractaire de formule générale TiC_1−xN_x, où 0 < x < 1, souvent notée Ti(C,N). Il s'agit d'un cristal mixte de carbure de titane TiC et de nitrure de titane TiN. Le matériau distribué commercialement a souvent une stœchiométrie proche d'un mélange équimolaire Ti₂CN[4] de ces deux composés. Il allie la très grande dureté du TiC, qui est ultradur, à l'inertie chimique du TiN, qui est ultraréfractaire, en un cermet particulièrement résistant à l'usure des surfaces[3]. Des particules de carbonitrure de titane dans une matrice ductile appropriée donnent un matériau susceptible de surpasser les carbures cémentés WC/Co. En pratique, la composition de ces matériaux peut être fort variable, y compris dans le rapport entre le métal et les deux non-métaux, qui peut ne pas être égal à 1 — une étude de 2018 portait par exemple sur le matériau Ti(C_0,6,N_0,4)_0,8[5].

Carbonitrure de titane
Identification
No CAS	12654-86-3
No ECHA	100.121.957
No CE	603-147-4
Apparence	poudre gris foncé[1]
Propriétés chimiques
Formule	CNTi2
Masse molaire[2]	121,751 ± 0,003 g/mol C 9,86 %, N 11,5 %, Ti 78,63 %,
Propriétés physiques
T° fusion	2 950 °C[3]
Masse volumique	5,08 g/cm3[1] (apparente : 0,23 g/cm3 pour des particules de moins de 150 nm[1])
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.
Transport[1]
- 3178 Numéro ONU : 3178 : SOLIDE INORGANIQUE INFLAMMABLE, N.S.A. 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.

Le carbonitrure de titane est souvent utilisé en couche mince notamment pour les revêtements d'outils de tour. Il est possible de le déposer de plusieurs manières :

• par dépôt physique en phase vapeur[6] (PVD) :

4 Ti + N₂ + 2 CH₄ ⟶ 2 Ti₂CN + 4 H₂ (ici : 50 % TiC, 50 % TiN) ;

• par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), là encore selon plusieurs méthodes[7] - [8] - [9] :

• Carbonitrure haute température (carbonitrure HT) :

4 TiCl₄ + N₂ + 2 CH₄ + 4 H₂ ⟶ 2 Ti₂CN + 16 HCl (ici : 50 % TiC, 50 % TiN) ;

• Carbonitrure moyenne température (carbonitrure MT) :

4 TiCl₄ + 2 CH₃CN + 9 H₂ ⟶ 2 Ti₂CN + 2 CH₄ + 16 HCl (toujours : 50 % TiC, 50 % TiN).

L'avantage du carbonitrure à température modérée est que la couche se développe uniformément en raison du groupe cyanure de l'acétonitrile CH₃CN. Seul le carbonitrure 50/50 peut être produit en l'absence d'azote N₂. Dans le cas du carbonitrure HT, en revanche, les différentes vitesses de réaction du méthane CH₄ et de l'azote jouent un rôle important.