Диборид титана - Titanium diboride
|
|
| Идентификаторы | |
|---|---|
|
3D модель ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.031.771 
|
| Номер ЕС | |
|
PubChem CID
|
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Характеристики | |
| ТиБ 2 | |
| Молярная масса | 69,489 г / моль |
| Появление | глянцевый серый металлик |
| Плотность | 4,52 г / см 3 |
| Температура плавления | 3230 ° С (5850 ° F, 3500 К) |
| Состав | |
| Шестиугольный, hP1 | |
| P6 / ммм | |
|
а = 302,36 пм , с = 322,04 пм
|
|
|
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|
 проверить ( что есть ?)
  |
|
| Ссылки на инфобоксы | |
Диборид титана (TiB 2 ) - чрезвычайно твердая керамика, обладающая превосходной теплопроводностью, стойкостью к окислению и износостойкостью . TiB 2 также является подходящим электрическим проводником, поэтому его можно использовать в качестве катодного материала при выплавке алюминия и ему можно придать форму с помощью электроэрозионной обработки .
Физические свойства
TiB 2 имеет некоторые общие свойства с карбидом бора и карбидом титана , но многие из его свойств превосходят свойства B 4 C и TiC:
Исключительная твердость при экстремальных температурах
- 2-й по твердости материал при 3000 ° C (# Diamond )
- 3-й по твердости материал при 2800 ° C (# cBN )
- 4-й по твердости материал при 2100 ° C (# B 4 C )
- 5-й по твердости материал при 1000 ° C (# B 6 O )
Преимущества перед другими боридами
- Самый высокий боридный модуль упругости
- Наивысшая бортовая вязкость разрушения
- Наивысшая прочность на сжатие боридов
- 2-я по величине точка плавления борида (3225 ° C) (# HfB 2 )
Прочие преимущества
- Высокая теплопроводность (60-120 Вт / (м · К)),
- Высокая электропроводность (~ 10 5 См / см)
Недостатки
- Трудно формовать из-за высокой температуры плавления
- Трудно спекать из-за высокой ковалентной связи
- Ограничено прессованием небольших монолитных деталей с использованием искрового плазменного спекания
Химические свойства
Что касается химической стабильности, TiB 2 более устойчив в контакте с чистым железом, чем карбид вольфрама или нитрид кремния .
TiB 2 устойчив к окислению на воздухе при температуре до 1100 ° C, а также к соляной и плавиковой кислотам, но реагирует со щелочами , азотной и серной кислотами .
Производство
TiB 2 не встречается в природе в земле. Диборид титана порошок может быть получен различными методы высокотемпературных, такие как прямые реакции титана или его оксиды / гидридов, с элементарным бором свыше 1000 ° С, углеродотермическим восстановлени посредством термитной реакцией из оксида титана и оксида бора , или водорода , восстановление галогенидов бора 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 TiO 2 + B 4 C + 3C → 2 TiB 2 + 4 CO
(2) TiO 2 + 3NaBH 4 → TiB 2 + 2Na (г, л) + NaBO 2 + 6H 2 (г)
Однако первый путь синтеза (1) не позволяет получать наноразмерные порошки. Нанокристаллический (5–100 нм) TiB 2 был синтезирован по реакции (2) или по следующим методикам:
- Фазовая реакция NaBH 4 и TiCl 4 с последующим отжигом аморфного прекурсора, полученного при 900–1100 ° C.
- Механическое легирование смеси порошков элементарного Ti и B.
- Самораспространяющийся процесс высокотемпературного синтеза с добавлением различных количеств NaCl.
- Самораспространяющийся высокотемпературный синтез при помощи фрезерования (MA-SHS).
- Сольвотермическая реакция в бензоле металлического натрия с порошком аморфного бора и TiCl 4 при 400 ° C:
- TiCl 4 + 2 B + 4 Na → TiB 2 + 4 NaCl
Многим применениям TiB 2 препятствуют экономические факторы, в частности затраты 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 спеканию . Добавление около 10% нитрида кремния облегчает спекание, хотя было продемонстрировано также спекание без нитрида кремния.
Тонкие пленки TiB 2 могут быть получены несколькими способами. Гальванических из TiB 2 слои обладают два основных преимущества по сравнению с физическим осаждением из паровой фазы или химического осаждения из паровой фазы : растущая скорость слоя в 200 раз выше (до 5 мкм / с) и неудобства покрытия сложных формованных продуктов значительно снижаются.
Возможные приложения
Текущее использование TiB 2 ограничивается специализированными приложениями в таких областях, как ударопрочная броня , режущие инструменты , тигли , поглотители нейтронов и износостойкие покрытия.
TiB 2 широко используется в испарительных лодках для нанесения покрытий на алюминий из паровой фазы . Это привлекательный материал для алюминиевой промышленности в качестве модификатора для уменьшения размера зерна при литье алюминиевых сплавов из-за его смачиваемости и низкой растворимости в расплавленном алюминии, а также хорошей электропроводности.
Тонкие пленки TiB 2 могут использоваться для обеспечения износостойкости и коррозионной стойкости дешевой и / или прочной основы.