Titan diborid - Titanium diboride

Titan diborid
Magnesium-diboride-3D-balls.png
Identifikátory
Informační karta ECHA100.031.771 Upravte to na Wikidata
Vlastnosti
TiB2
Molární hmotnost69,489 g / mol
Vzhlednelesklá metalická šedá
Hustota4,52 g / cm3
Bod tání 3230 ° C (5850 ° F; 3500 K)
Struktura
Šestihranný, vesmírná skupina P6 / mmm. Parametry mřížky při pokojové teplotě: A=302.36 odpoledne, C= 322,04 odp
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Titan diborid (TiB2) je extrémně tvrdá keramika, která má vynikající tepelnou vodivost, oxidační stabilitu a odolnost proti opotřebení. TiB2 je také rozumný elektrický vodič,[1] takže může být použit jako katodový materiál v tavení hliníku a lze je tvarovat pomocí obrábění elektrickým výbojem.

Fyzikální vlastnosti

TiB2 sdílí některé vlastnosti s Karbid boru & Karbid titanu, ale mnoho z jeho vlastností je lepší než vlastnosti B.4C & TiC:[2]

Výjimečná tvrdost při extrémních teplotách

  • 2. nejtvrdší materiál při 3000 ° C (# diamant )
  • 3. nejtvrdší materiál při 2800 ° C (# cBN )
  • 4. nejtvrdší materiál při 2100 ° C (# B4C )
  • 5. nejtvrdší materiál při 1000 ° C (# B6Ó )

Výhody oproti jiným boridům

Další výhody

Nevýhody

Chemické vlastnosti

S ohledem na chemickou stabilitu, TiB2 je při kontaktu s čistým železem stabilnější než karbid wolframu nebo nitrid křemíku.[2]

TiB2 je odolný vůči oxidaci na vzduchu při teplotách do 1100 ° C,[2] a do chlorovodíková a fluorovodíková kyseliny, ale reaguje s zásady, kyselina dusičná a kyselina sírová.

Výroba

TiB2 nevyskytuje se přirozeně na Zemi. Prášek diboridu titaničitého lze připravit různými vysokoteplotními metodami, jako jsou přímé reakce titan nebo jeho oxidy / hydridy, s elementárními bór nad 1000 ° C, karbotermální redukce podle termitová reakce z oxid titaničitý a oxid boritý nebo vodíková redukce halogenidů boru v přítomnosti kovu nebo jeho halogenidů. Mezi různými způsoby syntézy byla vyvinuta elektrochemická syntéza a reakce v pevném stavu pro přípravu jemnějšího diboridu titanu ve velkém množství. Příkladem reakce v pevném stavu je borotermická redukce, kterou lze ilustrovat následujícími reakcemi:

(1) 2 TiO2 + B4C + 3C → 2 TiB2 + 4 CO

(2) TiO2 + 3NaBH4 → TiB2 + 2Na (g, l) + NaBO2 + 6 hodin2(G)[3]

První způsob syntézy (1) však nemůže produkovat nanosized prášky. Nanokrystalický (5–100 nm) TiB2 byl syntetizován pomocí reakce (2) nebo následujících technik:

  • Reakce NaBH v roztoku4 a TiCl4, následované žíháním amorfního prekurzoru získaného při 900–1100 ° C.[4]
  • Mechanické legování směsi elementárních prášků Ti a B.[5]
  • Samo se množící proces vysokoteplotní syntézy zahrnující přidání různých množství NaCl.[6]
  • Frézování s podporou samovolně se šířící vysokoteplotní syntézy (MA-SHS).[7]
  • Solvotermální reakce kovového sodíku v benzenu s amorfním práškem boru a TiCl4 při 400 ° C:[8]
TiCl4 + 2 B + 4 Na → TiB2 + 4 NaCl

Mnoho TiB2 aplikace jsou inhibovány ekonomickými faktory, zejména náklady na zhutnění materiálu s vysokou teplotou tání - teplota tání je asi 2970 ° C a díky vrstvě oxidu titaničitého, která se tvoří na povrchu částic prášku, je velmi odolný vůči slinování. Příměs asi 10% nitrid křemíku usnadňuje slinování,[9] ačkoli bylo rovněž prokázáno slinování bez nitridu křemíku.[1]

Tenké filmy TiB2 lze vyrobit několika technikami. The galvanické pokovování TiB2 vrstvy mají ve srovnání s. dvě hlavní výhody fyzikální depozice par nebo chemická depozice par: rychlost růstu vrstvy je 200krát vyšší (až 5 μm / s) a nepříjemnosti při zakrývání komplexně tvarovaných výrobků jsou dramaticky sníženy.

Potenciální aplikace

Aktuální využití TiB2 se zdá být omezen na specializované aplikace v oblastech odolných proti nárazu zbroj, řezné nástroje, kelímky, absorbéry neutronů a povlaky odolné proti opotřebení.

TiB2 je široce používán pro odpařovací čluny pro parní potahování hliník. Je to atraktivní materiál pro hliníkový průmysl jako očkovací látka vylepšit velikost zrna když odlévání slitiny hliníku, kvůli jeho smáčivosti a nízké rozpustnosti v roztaveném hliníku a dobré elektrické vodivosti.

Tenké filmy TiB2 lze použít k zajištění opotřebení a koroze odolnost vůči levnému a / nebo houževnatému podkladu.

Reference

  1. ^ A b J. Schmidt a kol. „Příprava diboridu titaničitého TiB2 spekáním jiskrovým plazmatem při nízké rychlosti ohřevu“ Sci. Technol. Adv. Mater. 8 (2007) 376 stažení zdarma
  2. ^ A b C B. Basu a kol. "Zpracování a vlastnosti monolitických materiálů na bázi TiB2" International Materials Reviews 51 (2006) 352
  3. ^ Zoli, Luca; Galizia, Pietro; Silvestroni, Laura; Sciti, Diletta (23. ledna 2018). "Syntéza nanokrystalů diboridů kovů skupiny IV a V pomocí borotermální redukce borohydridem sodným". Journal of the American Ceramic Society. 101 (6): 2627–2637. doi:10.1111 / jace.15401.
  4. ^ S. E. Bates a kol. „Syntéza nanokrystalů boridu titanu (TiB) 2 zpracováním ve fázi řešení“ J. Mater. Res. 10 (1995) 2599
  5. ^ A. Y. Hwang a J. K. Lee "Příprava prášků TiB2 mechanickým legováním" Mater. Lett. 54 (2002) 1
  6. ^ A. K. Khanra a kol. „Vliv NaCl na syntézu prášku TiB2 samovolně se množící technikou vysokoteplotní syntézy“ Mater. Lett. 58 (2004) 733
  7. ^ Amin Nozari; et al. (2012). "Syntéza a charakterizace nano-strukturovaného TiB2 zpracovaného cestou SHS podporovanou mletím". Charakterizace materiálů. 73: 96–103. doi:10.1016 / j.matchar.2012.08.003.
  8. ^ Y. Gu a kol. „Mírná solventotermální cesta k nanokrystalickému diboridu titanu“ J. Alloy. Srov. 352 (2003) 325
  9. ^ Tělo slinutého diboridu titanu s nitridem křemíku jako sintrovací pomůckou a způsob jeho výroby

Porovnat

Viz také