Diborek tytanu - Titanium diboride
Identyfikatory | |
---|---|
Model 3D ( JSmol )
|
|
ChemSpider | |
Karta informacyjna ECHA | 100.031.771 |
Numer WE | |
Identyfikator klienta PubChem
|
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
Nieruchomości | |
TiB 2 | |
Masa cząsteczkowa | 69,489 g/mol |
Wygląd zewnętrzny | niebłyszcząca metaliczna szarość |
Gęstość | 4,52 g/cm 3 |
Temperatura topnienia | 3230 ° C (5850 ° F; 3500 K) |
Struktura | |
Sześciokątny, HP1 | |
P6/mmm | |
a = 302,36 pm , c = 322,04 pm
|
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
|
zweryfikuj ( co to jest ?) | |
Referencje do infoboksu | |
Diborek tytanu (TiB 2 ) to niezwykle twarda ceramika o doskonałej przewodności cieplnej, stabilności utleniania i odporności na zużycie . TiB 2 jest również rozsądnym przewodnikiem elektrycznym, dzięki czemu może być stosowany jako materiał katodowy w wytopie aluminium i może być kształtowany przez obróbkę elektroerozyjną .
Właściwości fizyczne
TiB 2 dzieli pewne właściwości z węglikiem boru i węglikiem tytanu , ale wiele jego właściwości jest lepszych od właściwości B 4 C i TiC:
Wyjątkowa twardość w ekstremalnych temperaturach
- Drugi najtwardszy materiał w 3000 ° C (# Diament )
- Trzeci najtwardszy materiał w 2800°C (# cBN )
- 4. najtwardszy materiał w 2100°C (# B 4 C )
- Piąty najtwardszy materiał w 1000°C (# B 6 O )
Przewaga nad innymi borkami
- Najwyższy moduł sprężystości bordowej
- Najwyższa odporność na pękanie borków
- Najwyższa wytrzymałość na ściskanie Boride
- 2. najwyższa temperatura topnienia borków (3225 °C) (# HfB 2 )
Inne zalety
- Wysoka przewodność cieplna (60-120 W/(m·K)),
- Wysoka przewodność elektryczna (~10 5 S/cm)
Wady
- Trudne do formowania ze względu na wysoką temperaturę topnienia
- Trudne do spiekania ze względu na wysokie wiązanie kowalencyjne
- Ograniczone do prasowania do małych kawałków monolitycznych przy użyciu Spark Plasma Sintering
Właściwości chemiczne
W odniesieniu do stabilności chemicznej, TiB 2 jest bardziej stabilny w styczności z czystego żelaza niż węglika wolframu albo z azotku krzemu .
TiB 2 jest odporny na utlenianie w powietrzu w temperaturze do 1100 °C oraz na kwasy solny i fluorowodorowy , ale reaguje z zasadami , kwasem azotowym i kwasem siarkowym .
Produkcja
TiB 2 nie występuje naturalnie w ziemi. Proszek dwuborku tytanu można wytwarzać za pomocą różnych metod, w wysokiej temperaturze, takich jak bezpośrednie reakcje z tytanu lub jego tlenków / wodorków z elementarnego boru powyżej 1000 ° C, carbothermal redukcji przez termitowego reakcji z tlenku tytanu i tlenku boru , lub wodór redukcja halogenków boru w obecności metalu lub jego halogenków. Wśród różnych dróg syntezy opracowano syntezę elektrochemiczną i reakcje w stanie stałym w celu wytworzenia drobniejszego diborku tytanu w dużych ilościach. Przykładem reakcji w stanie stałym jest redukcja borotermiczna, którą można zilustrować następującymi reakcjami:
(1) 2 TiO 2 + B 4 C + 3 C → 2 TiB 2 + 4 CO
(2) TiO 2 + 3NaBH 4 → TiB 2 + 2Na (g,l) + NaBO 2 + 6H 2(g)
Jednak pierwsza droga syntezy (1) nie może wytwarzać proszków o rozmiarach nanometrowych. Nanokrystaliczny (5–100 nm) TiB 2 zsyntetyzowano za pomocą reakcji (2) lub następujących technik:
- Reakcja w fazie roztworu NaBH 4 i TiCl 4 , a następnie wyżarzanie amorficznego prekursora otrzymanego w temperaturze 900-1100 °C.
- Mechaniczne stapianie mieszaniny proszków pierwiastkowych Ti i B.
- Samorozprzestrzeniający się proces syntezy wysokotemperaturowej polegający na dodawaniu różnych ilości NaCl.
- Wspomagane mielenie Samopropagująca się synteza wysokotemperaturowa (MA-SHS).
- Solvothermal reakcję w benzenie metalicznego sodu z amorficznego proszku boru, TiCl 4, w temperaturze 400 ° C:
- TiCl 4 + 2 B + 4 Na → TiB 2 + 4 NaCl
Wiele zastosowań TiB 2 hamują czynniki ekonomiczne, w szczególności koszty zagęszczenia materiału o wysokiej temperaturze topnienia - temperatura topnienia ok. 2970°C, a dzięki warstwie dwutlenku tytanu, która tworzy się na powierzchni cząstek proszku jest bardzo odporny na spiekanie . Domieszka około 10% azotku krzemu ułatwia spiekanie, chociaż wykazano również spiekanie bez azotku krzemu.
Cienkie warstwy TiB 2 można wytwarzać kilkoma technikami. Elektrolityczne TIB 2 warstwy posiadają dwie główne zalety w porównaniu do fizycznego osadzania z fazy gazowej lub osadzanie oparów chemicznych : rosnąca szybkość warstwy jest 200 razy większe (do 5 um / s) i niedogodności przykrycie złożonych produktów ukształtowane są znacznie zmniejszone.
Potencjalne aplikacje
Obecne wykorzystanie tib 2 wydaje się być ograniczone do specjalistycznych zastosowań w takich dziedzinach jak odpornego na uderzenia pancerza , narzędzia tnące , tygle , absorbery neutronowe i odporna na ścieranie powłoki.
TiB 2 jest szeroko stosowany w łodziach odparowujących do powlekania aluminium metodą parową . Jest atrakcyjnym materiałem dla przemysłu aluminiowego jako modyfikator do poprawiania wielkości ziarna podczas odlewania stopów aluminium , ze względu na jego zwilżalność i niską rozpuszczalność w roztopionym aluminium oraz dobrą przewodność elektryczną.
Cienkie warstwy TIB 2 mogą zostać wykorzystane w celu zapewnienia na ścieranie i korozję odporność na tani i / lub twardego podłoża.