中国粉体网讯 近日，俄罗斯托木斯克理工大学研发并实验测试了一种合成超硬材料——二硼化钛（TiB2）的新方法，与类似方法相比合成率更高，而且无需使用复杂昂贵的真空炉就能获得纯净的产品。相关研究成果发表在《材料化学与物理学》杂志上。
合成TiB2通常是在相对较高的温度下（1600℃—1700℃）在真空高温炉中进行，这需要消耗极高能量。另一种方法是电弧法，电弧合成通常在惰性气体环境中进行，又会增加产品成本。
研究团队提出了一种新方案，在露天无真空电弧合成法中用金属钛和无定形硼粉末生产TiB2。一氧化碳在反应区会发生自屏蔽，这降低了合成成本，简化了电弧反应器的设计并提高了生产率。此外，由于温度高，产品的纯度很高，不需要额外去除杂质的操作。
TiB2是什么？
TiB2粉末的颜色为灰色或灰黑色，它在全球已知的熔点最高的十大材料中位列第六。在空气中，它能承受高达1100℃的氧化环境而不受损，作为一种新型的陶瓷材料，TiB2具备极为出色的理化特性，不仅熔点极高，而且硬度极大，同时在化学稳定性、导电导热性以及高温下的机械力学性能方面都表现得极为优异。在众多化合物之中，相较于金属碳化物，金属硼化物展现出了更为卓越的高温性能。举例来说，由TiB2制成的金属陶瓷制品，相较于碳化钛（TiC）和碳化钨（WC）金属陶瓷制品，更适合应用于那些高温且侵蚀性强的工作环境中。
TiB2陶瓷因其具有高熔点、高硬度、高杨氏模量、优异的耐磨性、良好的导电性和相对较低的热膨胀系数等优良性能而受到广泛关注。
TiB2各项性能参数
TiB2制备方法
目前制备二硼化钛原料的方法主要有碳热还原法、自蔓延高温和合成法、机械化学反应法、气相沉积法、球磨法等。
1.碳热还原法
以钛和硼的氧化物为原料，以碳黑为还原剂，在碳管炉中进行长时间的高温碳还原处理，所合成的二硼化钛粉末的纯度取决于原材料粉末的纯度。这个方法是工业化生产中应用较多的一项工艺，缺点在于所获得的二硼化钛粉末颗粒体积粗大，杂质含量较高。
2.自蔓延高温合成法（SHS）
此法步骤一般是将待反应的原料混合物先压制成块状，然后在块体的一端点火引燃反应，反应放出的巨大热量使得邻近的物料发生反应，最后形成一个以速度v蔓延的燃烧波，最后随着燃烧波的推进，原料混合物就转化为最终产物。该法产物纯度高，所以获得的粉状物易于进一步烧结外部能量消耗少，与其它特殊的技术手段进行结合的话可以直接制备出密实的二硼化钛材料。
3.机械化学还原法（MR）
此法是将反应物粉末置于高能球磨机中粉末在磨球的挤压剪切等作用下，反复发生由变形到破碎的变化过程。球磨介质的剧烈摩擦碰撞，致使机械能转变为化学能，由此合成所需的反应物。与前两种方法来制备二硼化钛相比，采用机械化学反应法具有合成温度低、原料来源广以及成本低等优点。
TiB2的应用方向
近年来，TiB2陶瓷基于其高硬度、耐磨损、耐高温等特点，已成为新一代高性能陶瓷的研究热点。
1.精密工具材料
高端制造业的不断发展对精密工具材料的综合性能提出了更高要求，而TiB2陶瓷的优异性能极大促进了其在精加工刀具、涂层刀具和键合工具等精密工具的开发与应用。
●在切削黏性较大的合金时，TiB2陶瓷较硬质合金有更稳定的磨损率和更高的抗氧化性，是精加工刀具的优选材料。
●在涂层刀具方面，通过磁控溅射等方式，TiB2陶瓷可制成工具表面涂层，提高了工具表面硬度与耐磨性。
●TiB2陶瓷具有更适合的综合性能，其高硬度和超声传递效率有利于提高键合过程中的能量传递效率与键合可靠性，是集成电路键合工具的优选材料之一。
2.防弹装甲材料
TiB2陶瓷具有强度高、硬度大、耐磨性高、抗暴性高和崩落量小的特点，可用于单兵防弹衣陶瓷插板、武装直升机装甲腹板、重型坦克防弹模块装甲等产品应用，比钢制装甲质量更轻，可大幅提高作战便捷性。
3.电解阴极材料
在电解铝工业中，TiB2陶瓷具有良好的导电性和对铝液的润湿性，抗腐蚀性好，可被长期应用于电解铝阴极材料。在高速工业化镀铝工业中，TiB2陶瓷也被应用于制作铝液蒸发舟，在耐高温、抗腐蚀的同时，作为电热体直接控制蒸镀过程。TiB2陶瓷蒸发舟可用于塑料薄膜连续蒸镀金属、金属冶炼坩埚和铝电解池等。
金属蒸镀用陶瓷蒸发舟
来源：
王显赫等：TiB2陶瓷研究进展与应用
财联社、微晶电子材料
（中国粉体网编辑整理/空青）
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