Диборид титана - Titanium diboride
 | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
| ECHA InfoCard | 100.031.771  |
| Характеристики | |
| TiB2 | |
| Молярная масса | 69,489 г / моль |
| Внешность | глянцевый серый металлик |
| Плотность | 4,52 г / см3 |
| Температура плавления | 3230 ° С (5850 ° F, 3500 К) |
| Структура | |
| Шестиугольная, пространственная группа P6 / ммм. Параметры решетки при комнатной температуре: а=302.36 вечера, C= 322,04 вечера | |
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверять (что   ?) | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Диборид титана (ТиБ2) представляет собой чрезвычайно твердую керамику, которая имеет отличную теплопроводность, стойкость к окислению и износостойкость. TiB2 также является разумным проводником электричества,[1] поэтому его можно использовать в качестве катодного материала в плавка алюминия и может быть сформирован электроэрозионная обработка.
Физические свойства
TiB2 разделяет некоторые свойства с Карбид бора & Карбид титана, но многие его свойства превосходят свойства B4C и TiC:[2]
Исключительная твердость при экстремальных температурах
- 2-й по твердости материал при 3000 ° C (# Алмаз )
- 3-й по твердости материал при 2800 ° C (# cBN )
- 4-й по твердости материал при 2100 ° C (# B4C )
- 5-й по твердости материал при 1000 ° C (# B6О )
Преимущества перед другими боридами
- Высший борид Модуль упругости
- Высший борид Вязкость разрушения
- Высший борид Прочность на сжатие
- 2-й по величине Борид температура плавления (3225 ° C) (# HfB2 )
Другие преимущества
- Высоко теплопроводность (60-120 Вт / (м · К)),
- Высоко электрическая проводимость (~105 См / см)
Недостатки
- Сложно плесень из-за высокой температуры плавления
- Трудно спекать из-за высокого ковалентная связь
- Ограничено прессованием небольших монолитных деталей с использованием Искровое плазменное спекание
Химические свойства
Что касается химической стабильности, TiB2 более устойчив в контакте с чистым железом, чем карбид вольфрама или же нитрид кремния.[2]
TiB2 устойчив к окислению на воздухе при температуре до 1100 ° C,[2] и чтобы соляной и плавиковый кислоты, но реагирует с щелочи, азотная кислота и серная кислота.
Производство
TiB2 в природе не встречается на Земле. Порошок диборида титана можно получить различными высокотемпературными методами, такими как прямые реакции титан или его оксиды / гидриды, с элементарными бор более 1000 ° C, карботермическое восстановление к термитная реакция из оксид титана и оксид бора или восстановление галогенидов бора водородом в присутствии металла или его галогенидов. Среди различных способов синтеза были разработаны электрохимический синтез и твердофазные реакции для получения более тонкого диборида титана в больших количествах. Примером твердофазной реакции является боротермическое восстановление, которое можно проиллюстрировать следующими реакциями:
(1) 2 TiO2 + B4C + 3C → 2 ТиБ2 + 4 СО
(2) TiO2 + 3NaBH4 → TiB2 + 2Na (г, л) + NaBO2 + 6H2(грамм)[3]
Однако первый путь синтеза (1) не позволяет получать наноразмерные порошки. Нанокристаллический (5–100 нм) TiB2 был синтезирован по реакции (2) или по следующим методикам:
- Фазовая реакция раствора NaBH4 и TiCl4с последующим отжигом полученного аморфного прекурсора при 900–1100 ° C.[4]
- Механическое легирование смеси порошков элементарного Ti и B.[5]
- Самораспространяющийся процесс высокотемпературного синтеза с добавлением различных количеств NaCl.[6]
- Самораспространяющийся высокотемпературный синтез при помощи фрезерования (MA-SHS).[7]
- Сольвотермическая реакция в бензоле металлического натрия с порошком аморфного бора и TiCl4 при 400 ° C:[8]
- TiCl4 + 2 В + 4 Na → TiB2 + 4 NaCl
Многие TiB2 применение сдерживается экономическими факторами, в частности затратами на уплотнение материала с высокой температурой плавления - температура плавления составляет около 2970 ° C, и, благодаря слою диоксида титана, который образуется на поверхности частиц порошка, он очень устойчив к спекание. Примесь около 10% нитрид кремния облегчает спекание,[9] хотя было продемонстрировано и спекание без нитрида кремния.[1]
Тонкие пленки TiB2 может производиться несколькими способами. В гальваника ТиБ2 слои обладают двумя основными преимуществами по сравнению с физическое осаждение из паровой фазы или же химическое осаждение из паровой фазы: скорость нарастания слоя в 200 раз выше (до 5 мкм / с) и значительно уменьшаются неудобства покрытия изделий сложной формы.
Возможные приложения
Текущее использование TiB2 похоже, ограничивается специализированными приложениями в таких областях, как ударопрочность броня, режущие инструменты, тигли, поглотители нейтронов и износостойкие покрытия.
TiB2 широко используется для испарительных лодок для покрытия паром алюминий. Это привлекательный материал для алюминиевой промышленности в качестве инокулянт доработать размером с зернышко когда Кастинг алюминиевые сплавы из-за его смачиваемости и низкой растворимости в расплавленном алюминии и хорошей электропроводности.
Тонкие пленки ТиБ2 может использоваться для обеспечения износа и коррозия устойчивость к дешевой и / или прочной основе.
Рекомендации
- ^ а б J. Schmidt et al. «Получение диборида титана TiB2 искровым плазменным спеканием при низкой скорости нагрева» Sci. Technol. Adv. Mater. 8 (2007) 376 бесплатная загрузка
- ^ а б c B. Basu et al. «Обработка и свойства монолитных материалов на основе TiB2» Международные обзоры материалов 51 (2006) 352
- ^ Золи, Лука; Галиция, Пьетро; Сильвестрони, Лаура; Скити, Дилетта (23 января 2018 г.). «Синтез нанокристаллов диборидов металлов групп IV и V боротермическим восстановлением борогидридом натрия». Журнал Американского керамического общества. 101 (6): 2627–2637. Дои:10.1111 / jace.15401.
- ^ S. E. Bates et al. «Синтез нанокристаллитов борида титана (TiB) 2 методом растворной фазы» J. Mater. Res. 10 (1995) 2599
- ^ А. Я. Хван и Дж. К. Ли "Приготовление порошков TiB2 механическим легированием" Mater. Lett. 54 (2002) 1
- ^ А. К. Ханра и др. «Влияние NaCl на синтез порошка TiB2 методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза» Mater. Lett. 58 (2004) 733
- ^ Амин Нозари; и другие. (2012). «Синтез и характеристика наноструктурированного TiB2, обработанного методом СВС с фрезерованием». Характеристики материалов. 73: 96–103. Дои:10.1016 / j.matchar.2012.08.003.
- ^ Y. Gu et al. «Мягкий сольвотермический путь к нанокристаллическому дибориду титана» J. Alloy. Compd. 352 (2003) 325
- ^ Спеченное изделие из диборида титана с нитридом кремния в качестве спекания и способ его производства