Titanium Diboride (TiB2) – Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu
Titanium Diboride (TiB2) là một vật liệu cứng có độ bền cao và chịu mài mòn cao ở nhiệt độ cao. Mật độ cao, kết hợp với mô đun đàn hồi cao và sức nén cao, đã dẫn đến việc sử dụng nó trong các bộ phận áo giáp.
Nó không bị ảnh hưởng bởi hầu hết các thuốc thử hoá học, và có độ ổn định tuyệt vời và khả năng thẩm thấu trong các kim loại lỏng như kẽm và nhôm. Điều này, cùng với tính dẫn điện cao, đã dẫn tới việc sử dụng nó trong các tế bào Hall-Héroult để sản xuất nhôm. Nó cũng được sử dụng làm nồi nấu cho kim loại nóng chảy.
Sơ lược
TiB2 là hợp chất bền nhất của một số hợp chất titan-boron. Vật liệu không xảy ra trong tự nhiên nhưng có thể được tổng hợp bằng cách giảm carbothermal của TiO2 và B2O3.
Giống như các vật liệu kết dính đồng hóa trị lớn khác, TiB2 có khả năng chống thiêu kết và thường bị ép bằng cách ép nóng hoặc cách nhiệt nóng. Sự thiêu kết không thấm của TiB2 có thể đạt được mật độ cao nhưng cần thiết phải có các chất hỗ trợ thiêu kết chất lỏng như sắt, crom và cacbon.
Đặc tính chính
Property Value
Density (g.cm-3) 4.52
Melting Point (°C) 2970
Modulus of Rupture (MPa) 410 – 448
Hardness (Knoop) 1800
Elastic modulus (GPa) 510 – 575
Poisson’s Ratio 0.1 – 0.15
Volume resistivity (ohm.cm) at 20 °C 15×10-6
Thermal conductivity (W/m.K) 25
TiB2 có khả năng chống oxy hóa trong không khí đến 1000 ° C. Nó cũng chống lại HCl và HF nhưng phản ứng với H2SO4 và HNO3. Nó dễ bị tấn công bởi alkalis.
Sự ép nóng của TiB2 (với sự bổ sung nhỏ của thiết bị trợ thiêu kết hợp kim loại hoặc cacbua) được thực hiện ở 1800 – 1900 ° C và đạt được gần với mật độ lý thuyết. Sintering áp suất đòi hỏi mức độ cao hơn của thiết bị trợ nhiệt và nhiệt độ thiêu kết ở nhiệt độ 2000 ° C.
Các ứng dụng
Do độ cứng cao, điểm nóng chảy cực đại và tính trơ hoá học, TiB2 là ứng cử viên cho một số ứng dụng.
Áo giáp
Sự kết hợp của độ cứng cao và sức mạnh vừa phải làm cho nó hấp dẫn cho giáp bảo vệ đạn đạo, nhưng mật độ tương đối cao và khó khăn trong việc hình thành các thành phần hình dạng khiến nó ít hấp dẫn cho mục đích này hơn so với một số loại gốm khác.
Nhôm Smelting
Sự trơ tính hóa học và tính dẫn điện tốt của TiB2 đã dẫn tới việc sử dụng nó như các cực âm trong các tế bào Hall-Heroult để luyện kim nhôm nguyên tiên. Nó cũng tìm thấy sử dụng như nồi nấu chảy để xử lý các kim loại nóng chảy và các tàu bốc hơi kim loại.
Các ứng dụng khác
Độ cứng cao, sức bền vừa phải và khả năng chịu mài mòn tốt làm cho titanium diboride trở thành ứng cử viên sử dụng trong các con dấu, mang các bộ phận, và trong vật liệu composite với các vật liệu khác và dụng cụ cắt.
Kết hợp với các sản phẩm gốm sứ oxit chủ yếu khác, TiB2 được sử dụng để tạo thành các vật liệu composite, trong đó sự hiện diện của vật liệu làm tăng độ dẻo dai và độ bền của ma trận.